linux内核源码剖析 Windows内核是unix吗
大家好，关于linux内核源码剖析很多朋友都还不太明白，今天小编就来为大家分享关于Windows内核是unix吗的知识，希望对各位有所帮助！
Linux内核设计与实现的目录
译者序
序言
前言
作者简介
第1章Linux内核简介1
1.1Unix的历史1
1.2追寻Linus足迹：Linux简介2
1.3操作系统和内核简介3
1.4Linux内核和传统Unix内核的比较5
1.5Linux内核版本7
1.6Linux内核开发者社区8
1.7小结8
第2章从内核出发10
2.1获取内核源码10
2.1.1使用Git10
2.1.1安装内核源代码10
2.1.3使用补丁11
2.2内核源码树11
2.3编译内核12
2.3.1配置内核12
2.3.2减少编译的垃圾信息14
2.3.3衍生多个编译作业 14
2.3.4安装新内核14
2.4内核开发的特点15
2.4.1无libc库抑或无标准头文件15
2.4.2GNU C16
2.4.3没有内存保护机制18
2.4.4不要轻易在内核中使用浮点数18
2.4.5容积小而固定的栈18
2.4.6同步和并发18
2.4.7可移植性的重要性19
2.5小结19
第3章进程管理20
3.1进程20
3.2进程描述符及任务结构 21
3.2.1分配进程描述符22
3.2.2进程描述符的存放23
3.2.3进程状态23
3.2.4设置当前进程状态25
3.2.5进程上下文25
3.2.6进程家族树25
3.3进程创建26
3.3.1写时拷贝27
3.3.2fork()27
3.3.3vfork()28
3.4线程在Linux中的实现28
3.4.1创建线程29
3.4.2内核线程30
3.5进程终结31
3.5.1删除进程描述符32
3.5.2孤儿进程造成的进退维谷32
3.6小结34
第4章进程调度35
4.1多任务35
4.2Linux的进程调度36
4.3策略36
4.3.1I/O消耗型和处理器消耗型的进程36
4.3.2进程优先级37
4.3.3时间片38
4.3.4调度策略的活动38
4.4Linux调度算法39
4.4.1调度器类39
4.4.2Unix系统中的进程调度40
4.4.3公平调度41
4.5Linux调度的实现42
4.5.1时间记账42
4.5.2进程选择44
4.5.3调度器入口48
4.5.4睡眠和唤醒49
4.6抢占和上下文切换51
4.6.1用户抢占53
4.6.2内核抢占53
4.7实时调度策略54
4.8与调度相关的系统调用54
4.8.1与调度策略和优先级相关的系统调用55
4.8.2与处理器绑定有关的系统调用55
4.8.3放弃处理器时间56
4.9小结56
第5章系统调用57
5.1与内核通信57
5.2API、POSIX和C库57
5.3系统调用58
5.3.1系统调用号59
5.3.2系统调用的性能59
5.4系统调用处理程序60
5.4.1指定恰当的系统调用60
5.4.2参数传递60
5.5系统调用的实现61
5.5.1实现系统调用61
5.5.2参数验证62
5.6系统调用上下文64
5.6.1绑定一个系统调用的最后步骤65
5.6.2从用户空间访问系统调用67
5.6.3为什么不通过系统调用的方式实现68
5.7小结68
第6章内核数据结构69
6.1链表69
6.1.1单向链表和双向链表69
6.1.2环形链表70
6.1.3沿链表移动71
6.1.4Linux内核中的实现71
6.1.5操作链表73
6.1.6遍历链表75
6.2队列78
6.2.1kfifo79
6.2.2创建队列79
6.2.3推入队列数据79
6.2.4摘取队列数据80
6.2.5获取队列长度80
6.2.6重置和撤销队列80
6.2.7队列使用举例 81
6.3映射 81
6.3.1初始化一个idr82
6.3.2分配一个新的UID82
6.3.3查找UID83
6.3.4删除UID84
6.3.5撤销idr84
6.4二叉树84
6.4.1二叉搜索树84
6.4.2自平衡二叉搜索树 85
6.5数据结构以及选择 87
6.6算法复杂度88
6.6.1算法88
6.6.2大o符号88
6.6.3大θ符号89
6.6.4时间复杂度89
6.7小结 90
第7章中断和中断处理91
7.1中断91
7.2中断处理程序92
7.3上半部与下半部的对比93
7.4注册中断处理程序93
7.4.1中断处理程序标志94
7.4.2一个中断例子95
7.4.3释放中断处理程序95
7.5编写中断处理程序96
7.5.1共享的中断处理程序97
7.5.2中断处理程序实例97
7.6中断上下文99
7.7中断处理机制的实现100
7.8/proc/interrupts102
7.9中断控制103
7.9.1禁止和激活中断103
7.9.2禁止指定中断线105
7.9.3中断系统的状态105
7.10小结106
第8章下半部和推后执行的工作107
8.1下半部107
8.1.1为什么要用下半部108
8.1.2下半部的环境108
8.2软中断110
8.2.1软中断的实现111
8.2.2使用软中断113
8.3tasklet114
8.3.1tasklet的实现114
8.3.2使用tasklet116
8.3.3老的BH机制119
8.4工作队列120
8.4.1工作队列的实现121
8.4.2使用工作队列124
8.4.3老的任务队列机制126
8.5下半部机制的选择127
8.6在下半部之间加锁128
8.7禁止下半部128
8.8小结129
第9章内核同步介绍131
9.1临界区和竞争条件131
9.1.1为什么我们需要保护132
9.1.2单个变量133
9.2加锁134
9.2.1造成并发执行的原因135
9.2.2了解要保护些什么136
9.3死锁137
9.4争用和扩展性138
9.5小结140
第10章内核同步方法141
10.1原子操作141
10.1.1原子整数操作142
10.1.264位原子操作144
10.1.3原子位操作145
10.2自旋锁147
10.2.1自旋锁方法148
10.2.2其他针对自旋锁的操作149
10.2.3自旋锁和下半部150
10.3读-写自旋锁150
10.4信号量152
10.4.1计数信号量和二值信号量153
10.4.2创建和初始化信号量154
10.4.3使用信号量154
10.5读-写信号量155
10.6互斥体156
10.6.1信号量和互斥体158
10.6.2自旋锁和互斥体158
10.7完成变量158
10.8BLK：大内核锁159
10.9顺序锁160
10.10禁止抢占161
10.11顺序和屏障162
10.12小结165
第11章定时器和时间管理166
11.1内核中的时间概念166
11.2节拍率：HZ167
11.2.1理想的HZ值168
11.2.2高HZ的优势169
11.2.3高HZ的劣势169
11.3jiffies170
11.3.1jiffies的内部表示171
11.3.2jiffies的回绕172
11.3.3用户空间和HZ173
11.4硬时钟和定时器174
11.4.1实时时钟174
11.4.2系统定时器174
11.5时钟中断处理程序174
11.6实际时间176
11.7定时器178
11.7.1使用定时器178
11.7.2定时器竞争条件180
11.7.3实现定时器180
11.8延迟执行181
11.8.1忙等待181
11.8.2短延迟182
11.8.3schedule_timeout()183
11.9小结185
第12章内存管理186
12.1页186
12.2区187
12.3获得页189
12.3.1获得填充为0的页190
12.3.2释放页191
12.4kmalloc()191
12.4.1gfp_mask标志192
12.4.2kfree()195
12.5vmalloc()196
12.6slab层197
12.6.1slab层的设计198
12.6.2slab分配器的接口200
12.7在栈上的静态分配203
12.7.1单页内核栈203
12.7.2在栈上光明正大地工作203
12.8高端内存的映射204
12.8.1永久映射204
12.8.2临时映射204
12.9每个CPU的分配20512.10新的每个CPU接口206
12.10.1编译时的每个CPU数据206
12.10.2运行时的每个CPU数据207
12.11使用每个CPU数据的原因208
12.12分配函数的选择209
12.13小结209
第13章虚拟文件系统210
13.1通用文件系统接口210
13.2文件系统抽象层211
13.3Unix文件系统212
13.4VFS对象及其数据结构213
13.5超级块对象214
13.6超级块操作215
13.7索引节点对象217
13.8索引节点操作219
13.9目录项对象222
13.9.1目录项状态222
13.9.2目录项缓存223
13.10目录项操作224
13.11文件对象225
13.12文件操作226
13.13和文件系统相关的数据结构230
13.14和进程相关的数据结构232
13.15小结233
第14章块I/O层234
14.1剖析一个块设备234
14.2缓冲区和缓冲区头235
14.3bio结构体237
14.3.1I/O向量238
14.3.2新老方法对比239
14.4请求队列240
14.5I/O调度程序240
14.5.1I/O调度程序的工作241
14.5.2Linus电梯241
14.5.3最终期限I/O调度程序242
14.5.4预测I/O调度程序244
14.5.5完全公正的排队I/O调度程序244
14.5.6空操作的I/O调度程序245
14.5.7I/O调度程序的选择245
14.6小结246
第15章进程地址空间247
15.1地址空间247
15.2内存描述符248
15.2.1分配内存描述符249
15.2.2撤销内存描述符250
15.2.3mm_struct与内核线程250
15.3虚拟内存区域251
15.3.1VMA标志251
15.3.2VMA操作253
15.3.3内存区域的树型结构和内存区域的链表结构254
15.3.4实际使用中的内存区域254
15.4操作内存区域255
15.4.1find_vma()256
15.4.2find_vma_prev()257
15.4.3find_vma_intersection()257
15.5mmap()和do_mmap()：创建地址区间258
15.6mummap()和do_mummap()：删除地址区间259
15.7页表260
15.8小结261
第16章页高速缓存和页回写262
16.1缓存手段262
16.1.1写缓存262
16.1.2缓存回收263
16.2Linux页高速缓存264
16.2.1address_space对象264
16.2.2address_space操作266
16.2.3基树267
16.2.4以前的页散列表268
16.3缓冲区高速缓存268
16.4flusher线程268
16.4.1膝上型计算机模式270
16.4.2历史上的bdflush、kupdated和pdflush270
16.4.3避免拥塞的方法：使用多线程271
16.5小结271
第17章设备与模块273
17.1设备类型273
17.2模块274
17.2.1Hello，World274
17.2.2构建模块275
17.2.3安装模块277
17.2.4产生模块依赖性277
17.2.5载入模块278
17.2.6管理配置选项279
17.2.7模块参数280
17.2.8导出符号表282
17.3设备模型283
17.3.1kobject283
17.3.2ktype284
17.3.3kset285
17.3.4kobject、ktype和kset的相互关系285
17.3.5管理和操作kobject286
17.3.6引用计数287
17.4sysfs288
17.4.1sysfs中添加和删除kobject 290
17.4.2向sysfs中添加文件291
17.4.3内核事件层293
17.5小结294
第18章调试295
18.1准备开始295
18.2内核中的bug296
18.3通过打印来调试296
18.3.1健壮性296
18.3.2日志等级297
18.3.3记录缓冲区298
18.3.4syslogd和klogd298
18.3.5从printf()到printk()的转换298
18.4oops298
18.4.1ksymoops300
18.4.2kallsyms300
18.5内核调试配置选项301
18.6引发bug并打印信息301
18.7神奇的系统请求键302
18.8内核调试器的传奇303
18.8.1gdb303
18.8.2kgdb304
18.9探测系统304
18.9.1用UID作为选择条件304
18.9.2使用条件变量305
18.9.3使用统计量305
18.9.4重复频率限制305
18.10用二分查找法找出引发罪恶的变更306
18.11使用Git进行二分搜索307
18.12当所有的努力都失败时：社区308
18.13小结308
第19章可移植性309
19.1可移植操作系统309
19.2Linux移植史310
19.3字长和数据类型311
19.3.1不透明类型313
19.3.2指定数据类型314
19.3.3长度明确的类型314
19.3.4char型的符号问题315
19.4数据对齐315
19.4.1避免对齐引发的问题316
19.4.2非标准类型的对齐316
19.4.3结构体填补316
19.5字节顺序318
19.6时间319
19.7页长度320
19.8处理器排序320
19.9SMP、内核抢占、高端内存321
19.10小结321
第20章补丁、开发和社区322
20.1社区322
20.2Linux编码风格322
20.2.1缩进323
20.2.2switch语句323
20.2.3空格324
20.2.4花括号325
20.2.5每行代码的长度326
20.2.6命名规范326
20.2.7函数326
20.2.8注释326
20.2.9typedef327
20.2.10多用现成的东西328
20.2.11在源码中减少使用ifdef328
20.2.12结构初始化328
20.2.13代码的事后修正329
20.3管理系统329
20.4提交错误报告329
20.5补丁330
20.5.1创建补丁330
20.5.2用Git创建补丁331
20.5.3提交补丁331
20.6小结332
参考资料333
Linux驱动开发头文件剖析(九):<linux/bitops.h>
本篇内容深入剖析了Linux内核中的位运算头文件bitops.h。在Linux系统中，位运算常常用于高效存储和操作大量布尔值，其中的每一位代表一个状态或标记，通常用于表示状态的存在与否。了解这个头文件对于驱动开发有着重要意义，它提供了一系列位操作相关的函数和宏，显著提高了内核开发的效率与灵活性。
首先，我们说明，用于位运算的数字通常表示一组二进制位的集合，其在内核开发中广泛应用。在特定场合下，这个集合可能被称为位图（bitmap），它直观地反映了各种状态的设置情况。理解“位运算的数”和“位图”的概念本质是一致的，二者在不同应用场景中可能采用不同的术语。
接着，文章介绍了bitops.h中的一些关键函数和宏，例如用于生成位掩码的函数以及位计数相关的宏。这些工具对于处理位数组和位图操作至关重要，尤其在内存对齐和位图存储优化方面发挥了重要作用。
文章详细解释了aligned_byte_mask(n)宏的作用，它根据系统字节序生成一个掩码，用于位图存储和操作。通过这个宏，开发者能够轻松地实现针对当前系统字节序的高效位图处理。
接着，文章深入探讨了位计数相关的宏，如BITS_PER_TYPE(type)，用于计算指定类型的数据所包含的位数。这为开发者提供了准确的位宽信息，对于内存管理、位图操作和数据结构设计至关重要。
文章还详细讲解了位操作函数和宏，如for_each_set_bit(bit, addr, size)等，用于高效地遍历位图中的设置位，这对于执行复杂的数据结构操作和状态检测尤为关键。
文章最后讨论了符号扩展函数和位运算函数，如循环左移rol和循环右移ror，展示了这些基础操作在内存管理和位图操作中的应用。文章还深入解释了内核源码中抽象层面的设计，比如get_count_order函数的实现原理，以及如何通过自减操作找到向上取整的最小整数。
文章进一步分析了位图操作函数的实现，如设置和清除位的函数和宏，强调了原子操作的重要性，以及在多线程环境下避免数据竞争的风险。
文章内容深入浅出，全面解析了bitops.h头文件中的关键功能，对于理解Linux内核位运算机制、提升驱动开发效率具有重要意义。
嵌入式系统Linux内核开发实战指南的目录
第1部分嵌入式系统硬件开发
第1章嵌入式系统概述 2
这一章对嵌入式系统的概念及其特点和应用作了概括介绍，笔者根据自己多年的经验阐述了对嵌入式系统的理解，并对一些常见的嵌入式处理器的硬件数据进行了比较。
1.1嵌入式系统概念 2
1.2嵌入式处理器 3
1.3嵌入式系统应用 4
1.4嵌入式系统发展 4
1.5一些嵌入式处理器的硬件特性比较 5
第2章 ARM处理器概述 16
为了使本书内容完整，从第2章到第7章中的内容大部分是笔者阅读《ARM体系结构与编程》（详情参见附录中的参考文献）的笔记和心得，把与嵌入式系统开发和Linux内核密切相关的硬件知识进行了概括和整理，本章主要介绍了ARM处理器的特点、ARM处理器的体系架构版本和ARM处理器系列。
2.1 ARM发展历程 16
2.2 ARM处理器特点 17
2.3 ARM处理器应用 17
2.4 ARM体系架构 18
2.4.1 ARM体系架构版本 18
2.4.2 ARM体系架构变种（Variant） 20
2.4.3 ARM体系架构版本命名格式 22
2.5 ARM处理器 22
2.5.1 ARM7系列处理器 23
2.5.2 ARM9系列处理器 24
2.5.3 ARM9E系列处理器 24
2.5.4 ARM10E系列处理器 25
2.5.5 SecurCore系列处理器 25
2.5.6 StrongARM处理器 26
2.5.7 Xscale处理器 26
第3章 ARM指令及其寻址方式 27
本章主要介绍了ARM处理器的指令和寻址方式以及ARM汇编伪指令，这是做ARM处理器应用系统底层软件开发必备的知识。
3.1 ARM处理器的程序状态寄存器（PSR） 27
3.2 ARM指令的条件码 28
3.3 ARM指令介绍 29
3.3.1跳转指令 29
3.3.2数据处理指令 30
3.3.3乘法指令 31
3.3.4杂类算术指令 32
3.3.5状态寄存器访问指令 32
3.3.6 Load/Store内存访问指令 33
3.3.7批量Load/Store内存访问指令 34
3.3.8 LDREX和STREX指令 35
3.3.9信号量操作指令 37
3.3.10异常中断产生指令 37
3.3.11 ARM协处理器指令 37
3.4 ARM指令寻址方式 39
3.4.1数据处理指令的操作数的寻址方式 39
3.4.2字及无符号字节的Load/Store指令的寻址方式 43
3.4.3杂类Load/Store指令的寻址方式 47
3.4.4批量Load/Store指令的寻址方式 49
3.4.5协处理器Load/Store指令的寻址方式 51
3.4.6 ARM指令的寻址方式总结 52
3.5 ARM汇编伪操作（Directive） 53
3.5.1符号定义伪操作 54
3.5.2数据定义伪操作 54
3.5.3汇编控制伪操作 56
3.5.4栈中数据帧描述伪操作 57
3.5.5信息报告伪操作 57
3.5.6其他伪操作 58
3.6 ARM汇编伪指令 59
3.7 Thumb指令介绍 60
第4章 ARM处理器内存管理单元（MMU） 61
本章主要介绍了ARM处理器内存管理单元（MMU）的工作原理，Linux内存管理功能是通过处理器硬件MMU实现的，在没有MMU的处理器系统中，Linux只能工作在物理地址模式，没有虚拟（线性）地址空间的概念。
4.1 ARM处理器中CP15协处理器的寄存器 61
4.1.1访问CP15寄存器的指令 61
4.1.2 CP15寄存器介绍 62
4.2 MMU简介 70
4.3系统访问存储空间的过程 71
4.3.1使能MMU时的情况 71
4.3.2禁止MMU时的情况 71
4.3.3使能/禁止MMU时应注意的问题 72
4.4 ARM处理器地址变换过程 72
4.4.1 MMU的一级映射描述符 73
4.4.2 MMU的二级映射描述符 74
4.4.3基于段的地址变换过程 75
4.4.4粗粒度大页地址变换过程 75
4.4.5粗粒度小页地址变换过程 76
4.4.6细粒度大页地址变换过程 76
4.4.7细粒度小页地址变换过程 77
4.4.8细粒度极小页地址变换过程 77
4.5 ARM存储空间访问权限控制 78
4.6 TLB操作 79
4.6.1使TLB内容无效 79
4.6.2锁定TLB内容 79
4.6.3解除TLB中被锁定的地址变换条目 80
4.7存储访问失效 80
4.7.1 MMU失效（MMU Fault） 80
4.7.2外部存储访问失效（External Abort） 81
第5章 ARM处理器的Cache和Write Buffer 82
本章主要介绍了ARM处理器高速缓存（Cache）和写缓存（Write Buffer）的工作原理，使读者了解如何提高处理器的性能。
5.1 Cache和Write Buffer一般性介绍 82
5.1.1 Cache工作原理 82
5.1.2地址映像方式 83
5.1.3 Cache写入方式原理简介 84
5.1.4关于Write-through和Write-back 85
5.1.5 Cache替换策略 86
5.1.6使用Cache的必要性 87
5.1.7使用Cache的可行性 87
5.2 ARM处理器中的Cache和Write Buffer 88
5.2.1基本概念 88
5.2.2 Cache工作原理 88
5.2.3 Cache地址映射和变换方法 89
5.2.4 Cache分类 90
5.2.5 Cache替换算法 91
5.2.6 Cache内容锁定 91
5.2.7 MMU映射描述符中B位和C位的含义 92
5.2.8 Cache和Writer Buffer编程接口 93
5.3 ARM处理器的快速上下文切换技术 94
5.3.1 FCSE概述 94
5.3.2 FCSE原理 94
5.3.3 FCSE编程接口 95
第6章 ARM处理器存储访问一致性问题 97
本章介绍了在支持MMU、Cache和DMA的系统中可能出现的存储访问一致性问题，以及Linux中解决类似问题的方法。
6.1存储访问一致性问题介绍 97
6.1.1地址映射关系变化造成的数据不一致性 97
6.1.2指令cache的数据不一致性问题 98
6.1.3 DMA造成的数据不一致问题 99
6.1.4指令预取和自修改代码 99
6.2 Linux中解决存储访问一致性问题的方法 99
第7章 ARM处理器工作模式与异常中断处理 101
本章主要介绍了ARM处理器的工作模式和异常中断处理过程，这是ARM处理器系统启动程序编写者或Bootloader开发人员的必备知识。
7.1 ARM处理器工作模式 101
7.2 ARM处理器异常中断向量表和优先级 103
7.3 ARM处理器异常中断处理 104
7.3.1进入异常中断处理 104
7.3.2退出异常中断处理 105
7.4 ARM处理器的中断（IRQ或FIQ） 109
第8章 ARM处理器启动过程 110
本章根据笔者的开发经验介绍了ARM处理器系统的启动过程以及编写ARM处理器系统启动程序需要注意的事项。
8.1 ARM处理器上电/复位操作 110
8.2 ARM处理器系统初始化过程 111
8.3 ARM处理器系统初始化编程注意事项 111
第9章嵌入式系统设计与调试 113
本章根据笔者10多年的开发经验介绍了嵌入式系统的设计流程和调试方法，列举了大量笔者工作中碰到的实际案例。本章内容对于嵌入式系统硬件开发和调试有较高的参考、指导价值。
9.1嵌入式系统设计流程 113
9.2嵌入式系统硬件原理设计与审核 114
9.3硬件设计工具软件 117
9.4嵌入式系统调试仿真工具 117
9.5嵌入式系统调试诊断方法 118
第10章自制简易JTAG下载烧写工具 123
本章根据笔者自己制作简易JTAG线缆的经验，介绍了简易JTAG线缆的硬件原理和软件流程，这是初学者必备的最廉价的工具，必须掌握。
10.1 JTAG简介 123
10.1.1一些基本概念 124
10.1.2 JTAG接口信号 124
10.1.3 TAP控制器的状态机 125
10.1.4 JTAG接口指令集 129
10.2简易JTAG线缆原理 130
10.2.1 PC并口定义 130
10.2.2 PC并口的寄存器 131
10.2.3简易JTAG线缆原理图 133
10.2.4简易JTAG线缆烧写连接图（见图10-5） 134
10.3简易JTAG烧写代码分析 135
10.3.1简易JTAG烧写程序（flashp）使用说明 135
10.3.2 flash与CPU连接及flash属性描述文件 136
10.3.3简易JTAG烧写程序的执行逻辑和流程 138
第2部分 Linux内核开发初步
第11章 Bootloader 142
本章根据笔者的工作经验介绍了流行的几种Bootloader、Bootloader应该具备的基本功能以及Bootloader的裁剪与移植。
11.1 Bootloader的任务和作用 142
11.2各种各样的Bootloader 143
11.3 Bootloader编译环境 144
11.4 Bootloader的移植与裁减 145
11.5编译Bootloader 145
11.6烧写Bootloader 146
11.7 Bootloader使用举例 148
11.8 Bootloader修改举例 149
第12章创建嵌入式Linux开发环境 151
本章介绍了如何创建嵌入式系统Linux内核交叉开发环境，本章和后续3章的内容是嵌入式系统Linux内核开发的基础，必须掌握。
12.1安装Linux host 151
12.2在虚拟机中安装Linux host 152
12.3安装Linux交叉编译环境 157
12.4在主机上设置TFTP Server 160
12.5在主机上设置DHCP Server 161
12.6在主机上设置Telnet server 161
12.7在开发过程中使用NFS 162
12.8设置超级终端 163
第13章编译Linux内核 166
本章介绍了Linux内核的配置和编译方法。
13.1获取Linux内核源代码 166
13.2 Linux内核目录结构 166
13.3配置Linux内核 167
13.4编译Linux内核 168
第14章创建Linux根文件系统 170
本章介绍了Linux的根文件系统的结构以及创建根文件系统的方法。
14.1根文件系统概述 170
14.2根文件系统目录结构 171
14.3获取根文件系统组件源代码 171
14.4编译根文件系统源代码 171
14.5创建一个32MB的RAMDISK根文件系统 173
14.6在根文件系统中添加驱动模块或者应用程序 173
第15章固化Linux内核和根文件系统 174
本章介绍了固化（烧写）Linux内核和根文件系统的方法。
第16章关于Clinux 176
本章简要介绍了Clinux与标准Linux的区别。
16.1Clinux简介 176
16.2Clinux源代码目录结构 177
16.3Clinux与标准Linux的区别 178
16.4编译Clinux 179
第3部分 Linux 2.6内核原理
第17章 Linux 2.6.10@ARM启动过程 182
本章以start_kernel()和init()函数中调用到的函数说明的方式，介绍了从Linux汇编代码入口到init内核进程最后调用用户空间init命令的Linux整个启动过程。本章内容是笔者第一次阅读Linux内核源代码时对这些函数的注释，仅供读者了解start_kernel()和init()函数中调用到的每个函数的大致功能时使用。
17.1 Linux 2.6.10中与ARM处理器平台硬件相关的结构和全局变量 182
17.1.1相关数据结构 182
17.1.2相关全局变量 187
17.2 Linux汇编代码入口 189
17.3 Linux汇编入口处CPU的状态 189
17.4 start_kernel()函数之前的汇编代码执行过程 190
17.5 start_kernel()函数中调用的函数介绍 192
17.5.1 lock_kernel()函数 192
17.5.2 page_address_init()函数 192
17.5.3 printk(linux_banner) 193
17.5.4 setup_arch(&command_line)函数 193
17.5.5 setup_per_cpu_areas()函数 198
17.5.6 smp_prepare_boot_cpu()函数 199
17.5.7 sched_init()函数 199
17.5.8 build_all_zonelists()函数 200
17.5.9 page_alloc_init()函数 200
17.5.10 printk(Kernel command line:%s\n, saved_command_line) 201
17.5.11 parse_early_param()函数 201
17.5.12 parse_args()函数 201
17.5.13 sort_main_extable()函数 202
17.5.14 trap_init()函数 202
17.5.15 rcu_init()函数 202
17.5.16 init_IRQ()函数 203
17.5.17 pidhash_init()函数 203
17.5.18 init_timers()函数 203
17.5.19 softirq_init()函数 204
17.5.20 time_init()函数 204
17.5.21 console_init()函数 205
17.5.22 profile_init()函数 206
17.5.23 local_irq_enable()函数 207
17.5.24 vfs_caches_init_early()函数 207
17.5.25 mem_init()函数 208
17.5.26 kmem_cache_init()函数 210
17.5.27 numa_policy_init()函数 225
17.5.28 calibrate_delay()函数 227
17.5.29 pidmap_init()函数 228
17.5.30 pgtable_cache_init()函数 229
17.5.31 prio_tree_init()函数 229
17.5.32 anon_vma_init()函数 229
17.5.33 fork_init(num_physpages)函数 229
17.5.34 proc_caches_init()函数 230
17.5.35 buffer_init()函数 231
17.5.36 unnamed_dev_init()函数 231
17.5.37 security_init()函数 231
17.5.38 vfs_caches_init(num_physpages)函数 232
17.5.39 radix_tree_init()函数 237
17.5.40 signals_init()函数 237
17.5.41 page_writeback_init()函数 237
17.5.42 proc_root_init()函数 238
17.5.43 check_bugs()函数 240
17.5.44 acpi_early_init()函数 244
17.5.45 rest_init()函数 244
17.6 init()进程执行过程 265
17.6.1 smp_prepare_cpus(max_cpus)函数 265
17.6.2 do_pre_smp_initcalls()函数 265
17.6.3 fixup_cpu_present_map()函数 267
17.6.4 smp_init()函数 267
17.6.5 sched_init_smp()函数 268
17.6.6 populate_rootfs()函数 268
17.6.7 do_basic_setup()函数 283
17.6.8 sys_access()函数 292
17.6.9 free_initmem()函数 301
17.6.10 unlock_kernel()函数 301
17.6.11 numa_default_policy()函数 302
17.6.12 sys_dup()函数 302
17.6.13 execve()函数 302
第18章 Linux内存管理 305
从本章开始，笔者将带领读者走进神秘的Linux内核世界。笔者在阅读内核源代码以及两本相关参考书（见参考文献）的基础上，以自己的理解和语言总结概括了Linux内核每个组件的原理。笔者对与每个内核组件相关的关键数据结构和全局变量作了尽量详尽的说明，并且对核心函数进行了详细注释，在向读者灌输理论知识的同时引导读者自己去阅读、分析Linux内核源代码。本章讲解了Linux内核第一大核心组件“内存管理”的原理和实现内幕。
18.1 Linux内存管理概述 305
18.1.1 Linux内存管理的一些基本概念 305
18.1.2内存管理相关数据结构 309
18.1.3内存管理相关宏和全局变量 330
18.1.4 Linux内存管理的任务 341
18.1.5 Linux中的物理和虚拟存储空间布局 341
18.2为虚拟（线性地址）存储空间建立页表 345
18.3设置存储空间的访问控制属性 348
18.4 Linux中的内存分配和释放 350
18.4.1在系统启动初期申请内存 350
18.4.2系统启动之后的内存分配与释放 360
第19章 Linux进程管理 480
本章讲解了Linux内核第二大核心组件“进程管理”的原理和实现内幕。
19.1进程管理概述 480
19.1.1进程相关概念 480
19.1.2进程分类 481
19.1.3 0号进程 481
19.1.4 1号进程 481
19.1.5其他一些内核线程 482
19.1.6进程描述符（struct task_struct） 482
19.1.7进程状态 482
19.1.8进程标识符（PID） 483
19.1.9 current宏定义 484
19.1.10进程链表 484
19.1.11 PID hash表和链表 485
19.1.12硬件上下文（Hardware Context） 485
19.1.13进程资源限制 485
19.1.14进程管理相关数据结构 486
19.1.15进程管理相关宏定义 502
19.1.16进程管理相关全局变量 514
19.2进程管理相关初始化 520
19.3进程创建与删除 529
19.4进程调度 551
19.4.1进程类型 553
19.4.2进程调度类型 554
19.4.3基本时间片计算方法 555
19.4.4动态优先级算法 556
19.4.5交互式进程 556
19.4.6普通进程调度 557
19.4.7实时进程调度 557
19.4.8进程调度函数分析 558
19.5进程切换 576
19.6用户态进程间通信 581
19.6.1信号（Signal） 581
19.6.2管道（pipe）和FIFO（命名管道） 627
19.6.3进程间通信原语（System V IPC） 641
第20章 Linux文件管理 651
本章讲解了Linux内核第三大核心组件“文件系统”的原理和实现内幕。
20.1文件系统概述 651
20.1.1 Linux文件管理相关概念 652
20.1.2 Linux文件管理相关数据结构 657
20.1.3 Linux文件管理相关宏定义 682
20.1.4 Linux文件管理相关全局变量 691
20.2文件管理相关初始化 699
20.3文件系统类型注册 711
20.4挂接文件系统 712
20.5文件系统类型超级块读取 730
20.5.1 get_sb_single()通用超级块读取函数 731
20.5.2 get_sb_nodev()通用超级块读取函数 737
20.5.3 get_sb_bdev()通用超级块读取函数 738
20.5.4 get_sb_pseudo()通用超级块读取函数 740
20.6路径名查找 747
20.7访问文件操作 759
20.7.1打开文件 759
20.7.2关闭文件 766
20.7.3读文件 768
20.7.4写文件 785
20.8异步I/O系统调用 792
20.9 Linux特殊文件系统 792
20.9.1 rootfs文件系统 793
20.9.2 sysfs文件系统 797
20.9.3 devfs设备文件系统 800
20.9.4 bdev块设备文件系统 803
20.9.5 ramfs文件系统 804
20.9.6 proc文件系统 804
20.10磁盘文件系统 813
20.10.1 ext2文件系统相关数据结构 813
20.10.2 ext2文件系统磁盘分区格式 819
20.10.3 ext2文件系统的各种文件 820
20.10.4创建ext2文件系统 821
20.10.5 ext2文件系统的操作方法 822
20.11关于initramfs 824
20.11.1 initramfs概述 824
20.11.2 initramfs与initrd的区别 824
20.11.3 initramfs相关全局变量 825
20.11.4 initramfs被编译链接的位置 825
20.11.5 initramfs文件的生成过程 825
20.11.6 initramfs二进制文件格式说明（cpio格式） 828
20.11.7 initramfs二进制文件和列表文件对照示例 829
20.11.8 initramfs利弊 830
20.12关于initrd 830
20.12.1 initrd概述 830
20.12.2 initrd相关全局变量 831
20.13关于gzip压缩文件 832
第21章 Linux模块设计 834
本章讲解了Linux内核模块程序与应用程序的区别以及如何编写和加载Linux内核模块程序。
21.1 Linux模块设计概述 834
21.2 Linux的内核空间和用户空间 834
21.3内核模块与应用程序的区别 835
21.4编译模块 837
21.5装载和卸载模块 837
21.6模块层叠 838
21.7模块版本依赖 839
21.8模块编程示例 839
第22章 Linux系统异常中断管理 841
本章讲解了Linux内核如何管理系统异常中断以及Linux系统调用的实现内幕。
22.1 Linux异常中断处理 841
22.2指令预取和数据访问中止异常中断处理 849
22.2.1指令预取中止异常中断处理 850
22.2.2数据访问中止异常中断处理 858
22.3 Linux中断处理 863
22.3.1内核模式下的中断处理 863
22.3.2用户模式下的中断处理 867
22.4从中断返回 868
22.5 Linux中断管理 869
22.5.1 Linux中断管理相关数据结构与全局变量 870
22.5.2 Linux中断管理初始化 872
22.5.3安装和卸载中断处理程序 874
22.5.4使能和禁止中断 878
22.6 Linux系统调用 880
22.6.1 Linux系统调用内核实现过程 880
22.6.2从系统调用返回 889
22.6.3 Linux系统调用用户程序接口函数 890
22.6.4 Linux系统调用用户接口函数与内核实现函数之间参数传递 899
第23章 Linux软中断和工作队列 901
本章讲解了Linux内核中的两种延迟处理机制“软中断”和“工作队列”的原理和实现。
23.1概述 901
23.2 Linux软中断 902
23.2.1软中断相关数据结构和全局变量 903
23.2.2软中断初始化 904
23.2.3软中断的核心操作函数do_softirq() 908
23.2.4软中断看护进程执行函数ksoftirqd() 912
23.2.5如何使用软中断 913
23.3 Linux工作队列 918
23.3.1 Linux工作队列相关数据结构和全局变量 918
23.3.2 Linux工作队列初始化 921
23.3.3将工作加入到工作队列中 924
23.3.4工作者进程执行函数worker_thread() 928
23.3.5使用Linux工作队列 931
第24章 Linux并发与竞态 933
本章讲解了Linux内核同步机制，包括几种锁定技术以及免锁算法。
24.1并发与竞态概述 933
24.1.1 Linux中的并发源 934
24.1.2竞态可能导致的后果 934
24.1.3避免竞态的规则 934
24.2消除竞态的“锁定”技术 935
24.2.1信号量（semphore）和互斥体（mutual exclusion） 935
24.2.2读写信号量（rw_semaphore） 938
24.2.3完成量（completion） 941
24.2.4自旋锁（spinlock_t） 942
24.2.5读写自旋锁（rwlock_t） 946
24.2.6使用“锁定”技术的注意事项 949
24.3消除竞态的非“锁定”方法 949
24.3.1免锁算法 949
24.3.2原子操作 950
24.3.3位操作 951
24.3.4顺序锁 952
24.3.5读-复制-更新（Read-Copy-Update，RCU） 954
第25章 Linux设备驱动程序 958
本章讲解了Linux内核第四大核心组件“设备驱动”的原理和实现内幕。同时还总结归纳了编写各种设备驱动程序的方法和步骤。
25.1设备驱动程序概述 958
25.1.1设备驱动程序组成部分 959
25.1.2设备号 959
25.1.3设备文件 960
25.1.4编写设备驱动程序的关键 961
25.2字符设备驱动程序 961
25.2.1字符设备相关数据结构 961
25.2.2字符设备相关全局变量 963
25.2.3字符设备驱动程序全局初始化 963
25.2.4为字符设备分配设备号 964
25.2.5注册字符设备驱动程序 968
25.2.6字符设备的操作方法 971
25.2.7用户对字符设备驱动程序的调用过程 972
25.2.8如何编写字符设备驱动程序 974
25.2.9关于TTY设备驱动程序 974
25.2.10控制台设备驱动程序 975
25.3块设备驱动程序 986
25.3.1块设备相关数据结构 986
25.3.2块设备相关宏定义 997
25.3.3块设备相关全局变量 999
25.3.4块设备驱动程序全局初始化 1004
25.3.5为块设备分配主设备号 1006
25.3.6注册块设备驱动程序 1009
25.3.7块设备驱动程序的操作方法 1017
25.3.8调用块设备驱动程序过程 1017
25.3.9 I/O调度 1031
25.3.10如何编写块设备驱动程序 1032
25.4网络设备驱动程序 1033
25.4.1网络设备驱动程序概述 1033
25.4.2网络设备相关数据结构 1034
25.4.3网络设备相关宏定义 1044
25.4.4网络设备相关全局变量 1045
25.4.5创建net_device结构 1046
25.4.6注册网络设备 1048
25.4.7网络设备的操作方法 1050
25.4.8网络设备中断服务程序 1051
25.4.9如何编写网络设备驱动程序 1051
25.5 PCI设备驱动程序 1052
25.5.1 PCI接口定义 1053
25.5.2 PCI设备的三个地址空间 1057
25.5.3 PCI总线仲裁 1058
25.5.4 PCI设备编号 1059
25.5.5如何访问PCI配置空间 1059
25.5.6如何配置PCI设备 1061
25.5.7 PCI驱动程序相关数据结构 1062
25.5.8 PCI驱动程序相关宏定义 1068
25.5.9 PCI驱动程序相关全局变量 1068
25.5.10 Bootloader和内核做的事 1069
25.5.11 PCI驱动程序注册 1069
25.5.12 PCI驱动程序接口函数 1071
25.5.13如何编写PCI驱动程序 1072
第4部分 Linux内核开发高级指南
第26章 Linux系统参数设置 1076
从本章开始的后续章节主要讲解了比较高级或者平时较少关注的Linux内核方面的知识，本章讲解了Linux中的4种系统参数格式和设置方法。
26.1旗语系统参数（tag） 1076
26.1.1与旗语系统参数相关数据结构和全局变量 1076
26.1.2旗语系统参数说明 1082
26.1.3旗语系统参数设置方法 1084
26.2前期命令行设置的系统参数 1084
26.2.1与前期命令行系统参数相关数据结构和全局变量 1084
26.2.2前期命令行设置的系统参数说明 1085
26.2.3前期命令行系统参数设置方法 1086
26.2.4如何添加自己的前期命令行设置的系统参数 1087
26.3老式命令行系统参数 1087
26.3.1与老式命令行系统参数相关数据结构和全局变量 1087
26.3.2老式命令行设置的系统参数说明 1088
26.3.3老式命令行设置的系统参数设置方法 1089
26.3.4如何添加自己的老式命令行设置的系统参数 1089
26.4命令行系统参数 1089
26.4.1与命令行系统参数相关数据结构和全局变量 1089
26.4.2命令行设置的系统参数说明 1090
26.4.3命令行设置的系统参数设置方法 1090
第27章 Linux内核调试 1091
本章介绍了Linux内核的调试方法。
27.1打开Linux内核及其各模块自带的调试开关 1091
27.2内核剖析（Profiling） 1093
27.3通过打印调试（printk） 1095
27.3.1关于printk() 1095
27.3.2内核信息级别 1096
27.3.3打印速度限制 1097
27.3.4控制台重定向 1098
27.4使用proc文件系统调试 1098
27.5 oops消息 1098
27.6通过跟踪命令strace调试 1099
27.7使用gdb、kdb、kgdb调试 1099
第28章 Linux内核移植 1101
本章介绍了Linux内核的移植方法。
第29章 Linux内核优化 1104
本章介绍了Linux内核的优化方法。
29.1编译优化 1104
29.2根据CPU特性进行优化 1105
29.3对内核进行裁减 1105
29.4优化系统内存配置 1106
29.5优化系统启动过程以缩减系统启动时间 1106
29.6内存映射优化 1107
29.7工具软件辅助优化 1107
第30章 Linux定时器 1109
本章介绍了Linux内核的软件定时器。
30.1定时器相关数据结构 1109
30.2定时器相关宏定义 1111
30.3定时器相关全局变量 1112
30.4定时器和时钟初始化 1113
30.5获取系统时间 1114
30.6延迟函数 1115
30.7与定时器相关系统调用 1115
30.8使用定时器方法 1116
第31章杂项 1117
本章介绍了PER_CPU变量以及Linux中的数据类型定义。
31.1 per_cpu变量 1117
31.2 Linux中的数据类型定义 1118
第32章编译链接文件说明 1119
本章注释了ARM处理器系统中Linux内核的链接文件，以帮助读者了解编译出来的Linux内核各区段在内存中的存放位置。
参考文献 1125
