Linux 內(nèi)核完全剖析

序
第1章 概述
1.1 Linux的誕生和發(fā)展
1.1.1 UNIX操作系統(tǒng)的誕生
1.1.2 MINIX操作系統(tǒng)
1.1.3 GNU計(jì)劃
1.1.4 POSIX標(biāo)準(zhǔn)
1.1.5 Linux操作系統(tǒng)的誕生
1.1.6 Linux操作系統(tǒng)的版本的變遷
1.1.7 Linux名稱的由來
1.1.8 早期Linux系統(tǒng)開發(fā)的主要貢獻(xiàn)者
1.2 內(nèi)容綜述
第2章 微型計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)
2.1 微型計(jì)算機(jī)組成原理
2.2 I/O端口尋址和訪問控制方式
2.2.1 I/O端口和尋址
2.2.2 接口訪問控制
2.3 主存儲器、BIOS和CMOS存儲器
2.3.1 主存儲器
2.3.2 基本輸入/輸出程序BIOS
2.3.3 CMOS存儲器
2.4 控制器和控制卡
2.4.1 中斷控制器
2.4.2 DMA控制器
2.4.3 定時/計(jì)數(shù)器
2.4.4 鍵盤控制器
2.4.5 串行控制卡
2.4.6 顯示控制
2.4.7 軟盤和硬盤控制器
第3章 內(nèi)核編程語言和環(huán)境
3.1 as86匯編器
3.1.1 as86匯編語言語法
3.1.2 as86匯編語言程序
3.1.3 as86匯編語言程序的編譯和鏈接
3.1.4 as86和ld86使用方法和選項(xiàng)
3.2 GNU as匯編
3.2.1 編譯as匯編語言程序
3.2.2 as匯編語法
3.2.3 指令語名、操作數(shù)和尋址
3.2.4 區(qū)與重定位
3.2.5 符號
3.2.6 as匯編命令
3.2.7 編寫16位代碼
3.2.8 as匯編器命令行選項(xiàng)
3.3 C語言程序
3.3.1 C程序編譯和鏈接
3.3.2 嵌入?yún)R編
3.3.3 圓括號中的組合語名
3.3.4 寄存器變量
3.3.5 內(nèi)聯(lián)函數(shù)
3.4 C與匯編程序的相互調(diào)用
3.4.1 C函數(shù)調(diào)用機(jī)制
3.4.2 在匯編程序中調(diào)用C函數(shù)
3.4.3 在C程序中調(diào)用匯編函數(shù)
3.5 Linux 0.11目標(biāo)文件格式
3.5.1 目標(biāo)文件格式
3.5.2 Linux 0.11中的目標(biāo)文件格式
3.5.3 鏈接程序輸出
3.5.4 鏈接程序預(yù)定義變量
3.5.5 System.map文件
3.6 Make程序和Makefile文件
第4章 80X86保護(hù)模式及其編程
4.1 80X86系統(tǒng)寄存器和系統(tǒng)指令
4.1.1 標(biāo)志寄存器
4.1.2 內(nèi)存管理寄存器
4.1.3 控制寄存器
4.1.4 系統(tǒng)指令
4.2 保護(hù)模式內(nèi)存管理
4.2.1 內(nèi)存尋址
4.2.2 地址變換
4.2.3 保護(hù)
4.3 分段機(jī)制
4.3.1 段的定義
4.3.2 段描述符表
4.3.3 段選擇符
4.3.4 段描述符
4.3.5 代碼和數(shù)據(jù)段描述符類型
4.3.6 系統(tǒng)描述符類型
4.4 分頁機(jī)制
4.4.1 頁表結(jié)構(gòu)
4.4.2 頁表項(xiàng)格式
4.4.3 虛擬存儲
4.5 保護(hù)
4.5.1 段級保護(hù)
4.5.2 訪問數(shù)據(jù)段時的特權(quán)級檢查
4.5.3 代碼段之間轉(zhuǎn)移控制的時特權(quán)級檢查
4.5.4 頁級保護(hù)
4.5.5 組合頁級和段級保護(hù)
4.6 中斷和異常處理
4.6.1 異常和中斷向量
4.6.2 中斷源和異常源
4.6.3 異常分類
4.6.4 程序或任務(wù)的重新執(zhí)行
4.6.5 開啟和禁止中斷
4.6.6 異常和中斷的優(yōu)先級
4.6.7 中斷描述符表
4.6.8 IDT描述符
4.6.9 異常與中斷處理
4.6.10 中斷處理任務(wù)
4.6.11 錯誤碼
4.7 任務(wù)管理
4.7.1 任務(wù)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)
4.7.2 任務(wù)的執(zhí)行
4.7.3 任務(wù)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4.7.4 任務(wù)切換
4.7.5 任務(wù)鏈
4.7.6 任務(wù)地址空間
4.8 保護(hù)模式編程初始化
4.8.1 進(jìn)入保護(hù)模式時的初始化操作
4.8.2 模式切換
4.9 一個簡單的多任務(wù)內(nèi)核實(shí)例
4.9.1 多任務(wù)程序結(jié)構(gòu)和工作原理
4.9.2 引導(dǎo)啟動程序boot.s
4.9.3 多任務(wù)內(nèi)核程序head.s
第5章 Linux內(nèi)核體結(jié)構(gòu)
5.1 Linux內(nèi)核模式
5.2 Linux內(nèi)核系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
5.3 Linux內(nèi)核對內(nèi)存的管理和使用
5.3.1 物理內(nèi)存
5.3.2 內(nèi)存地址空間概念
5.3.3 內(nèi)存分段機(jī)制
5.3.4 內(nèi)存分頁管理
5.3.5 CPU多任務(wù)和保護(hù)方式
5.3.6 虛擬地址、線性地址和物理村址之間的關(guān)系
5.3.7 用戶申請內(nèi)存的動態(tài)分配
5.4 Linux系統(tǒng)的中斷機(jī)制
5.4.1 中操作原理
5.4.2 80X86微機(jī)的中斷子系統(tǒng)
5.4.3 中斷向量表
5.4.4 Linux內(nèi)核的中斷處理
5.4.5 標(biāo)志寄存器扣斷標(biāo)志
5.5 Linux的系統(tǒng)調(diào)用
5.5.1 系統(tǒng)調(diào)用接口
5.5.2 系統(tǒng)調(diào)用處理過程
5.5.3 Linux系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞方式
5.6 系統(tǒng)時間和定時
5.6.1 系統(tǒng)時間
5.6.2 系統(tǒng)定時
5.7 Linux進(jìn)程控制
5.7.1 任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
5.7.2 進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)
5.7.3 進(jìn)程初始化
5.7.4 創(chuàng)建新進(jìn)程
5.7.5 進(jìn)程調(diào)度
5.7.6 終止進(jìn)程
5.8 Linux系統(tǒng)中堆棧的使用方法
5.8.1 初始化階段
5.8.2 任務(wù)的堆棧
5.8.3 任務(wù)內(nèi)核態(tài)堆棧與用戶態(tài)堆棧之間的切換
5.9 Linux 0.11采用的文件系統(tǒng)
5.10 Linux 內(nèi)核源代碼的目錄結(jié)構(gòu)
5.10.1 內(nèi)核主目錄linux
5.10.2 引導(dǎo)啟動程序目錄boot
5.10.3 文件系統(tǒng)目錄fs
5.10.4 頭文件主目錄include
5.10.5 內(nèi)核初始化程序目錄init
5.10.6 內(nèi)核程序主目錄kernel
5.10.7 內(nèi)核庫函數(shù)目錄lib
5.10.8 內(nèi)存管理程序目錄mrn
5.10.9 編譯內(nèi)核工具程序目錄tools
5.11 內(nèi)核系統(tǒng)與應(yīng)用程序的關(guān)系
5.12 linux/Makefile文件
5.12.1 功能描述
5.12.2 代碼注釋
第6章 引導(dǎo)啟動程序
6.1 總體功能
6.2 bootsect.s程序
6.2.1 功能描述
6.2.2 代碼注釋
6.2.3 其他信息
6.3 setup.s程序
6.3.1 功能描述
6.3.2 代碼注釋
6.3.3 其他信息
6.4 head.s程序
6.4.1 功能描述
6.4.2 代碼注釋
6.4.3 其他信息
第7章 初始化程序
7.1 main.c程序
7.1.1 功能描述
7.1.2 代碼注釋
7.1.3 其他信息
7.2 環(huán)境初始化工作
第8章 內(nèi)核代碼
8.1 總體功能
8.1.1 中斷處理程序
8.1.2 系統(tǒng)調(diào)用處理相關(guān)程序
8.1.3 其他通用類程序
8.2 Makefile文件
8.2.1 功能簡介
8.2.2 文件注釋
8.3 asm.s程序
8.3.1 功能描述
8.3.2 代碼注釋
8.3.3 Intel保留中斷向量的定義
8.4 traps.c程序
8.4.1 功能描述
8.4.2 代碼注釋
8.5 system-call.s程序
8.5.1 功能描述
8.5.2 代碼注釋
8.5.3 其他信息
8.6 mktime.c程序
8.6.1 功能描述
8.6.2 代碼注釋
8.6.3 閏年的計(jì)算方法
8.7 sched.c程序
8.7.1 功能描述
8.7.2 代碼注釋
8.7.3 其他信息
8.8 signal.c程序
8.8.1 功能描述
8.8.2 代碼注釋
8.8.3 進(jìn)程信號說明
8.9 exit.c程序
8.9.1 功能描述
8.9.2 代碼注釋
8.10 fork.c程序
8.10.1 功能描述
8.10.2 代碼注釋
8.10.3 任務(wù)狀態(tài)段信息
8.11 sys.c程序
8.11.1功能描述
8.11.2 代碼注釋
8.12 vsprintf.c程序
8.12.1 功能描述
8.12.2 代碼注釋
8.12.3 vsprintf()的格式字符串
8.12.4 與當(dāng)前版本的區(qū)別
8.13 printk.c程序
8.13.1 功能描述
8.13.2 代碼注釋
8.14 panic.c程序
8.14.1 功能描述
8.14.2 代碼注釋
第9章塊設(shè)計(jì)驅(qū)動程序
9.1 總體功能
9.1.1 塊設(shè)備請求項(xiàng)和請求隊(duì)列
9.1.2 塊設(shè)備操作方式
9.2 Makefile文件
9.2.1 功能描述
9.2.2 代碼注釋
9.3 blk.h文件
9.3.1 功能描述
9.3.2 代碼注釋
9.4 hd.c程序
9.4.1 功能描述
9.4.2 代碼注釋
9.4.3 其他信息
9.5 ll_rw_blk.c程序
9.5.1 功能描述
9.5.2 代碼注釋
9.6 ramdisk.c程序
9.6.1 功能描述
9.6.2 代碼注釋
9.7 floppy.c程序
9.7.1 功能描述
9.7.2 代碼注釋
9.7.3 其他信息
第10章 字符設(shè)備驅(qū)動程序
10.1 總體功能
10.1.1 終端驅(qū)動程序基本原理
10.1.2 Linux支持的終端設(shè)備類型
10.1.3 終端基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
10.1.4 規(guī)范模式和非規(guī)范模式
10.1.5 控制臺終端和串行終端設(shè)備
10.1.6 終端驅(qū)動程序接口
10.2 Makefile文件
10.2.1 功能描述
10.2.2 代碼注釋
10.3 keyboard.S程序
10.3.1 功能描述
10.3.2 代碼注釋
10.3.3 其他信息
10.4 comsole.c程序
10.4.1 功能描述
10.4.2 代碼注釋
10.4.3 其他信息
10.5 serial.c程序
10.5.1 功能描述
10.5.2 代碼注釋
10.5.3 異步串行通信控制器UART
10.6 rs_io.s程序
10.6.1 功能描述
10.6.2 代碼注釋
10.7 tty_io.c程序
10.7.1 功能描述
10.7.2 代碼注釋
10.8 tty_ioctl.c程序
10.8.1 功能描述
10.8.2 代碼注釋
10.8.3 波特率與波特率因子
第11章 數(shù)學(xué)協(xié)處理器
11.1 Makefile文件
11.1.1 功能描述
11.1.2 代碼注釋
11.2 math_emulate.c程序
11.2.1 功能描述
11.2.2 代碼注釋
第12章 文件系統(tǒng)
12.1 總體功能
12.1.1 MINIX文件系統(tǒng)
12.1.2 文件類型、屬性和目錄項(xiàng)
12.1.3 高速緩沖區(qū)
12.1.4 文件系統(tǒng)底層函數(shù)
12.1.5 文件中數(shù)據(jù)的訪問操作
12.1.6 文件和目錄管理系統(tǒng)調(diào)用
12.1.7 360 KB軟盤中文件系統(tǒng)實(shí)例分析
12.2 Makefile文件
12.2.1 功能描述
12.2.2 代碼注釋
12.3 bufer.c程序
12.3.1 功能描述
12.3.2 代碼注釋
12.4 bitmap.c程序
12.4.1 功能描述
12.4.2 代碼注釋
12.5 truncte.c程序
12.5.1 功能描述
12.5.2 代碼注釋
12.6 inoe.c程序
12.6.1 功能描述
12.6.2 代碼注釋
12.7 super.c程序
12.7.1 功能描述
12.7.2 代碼注釋
12.8 namei.c程序
12.8.1 功能描述
12.8.2 代碼注釋
12.9 file_table.c程序
12.9.1 功能描述
12.9.2 代碼注釋
12.10 block_dev.c程序
12.10.1 功能描述
12.10.2 代碼注釋
12.11 file_dev.c程序
12.11.1 功能描述
12.11.2 代碼注釋
12.12 pipe.c程序
12.12.1 功能描述
12.12.2 代碼注釋
12.13 char_dev.c程序
12.13.1 功能描述
12.13.2 代碼注釋
12.14 read_write.c程序
12.14.1 功能描述
12.14.2 代碼注釋
12.14.3 用戶程序讀寫操作過程
12.15 ope.c程序
12.15.1 功能描述
12.15.2 代碼注釋
12.16 exec.c程序
12.16.1 功能描述
12.16.2 代碼注釋
12.17 stat.c程序
12.17.1 功能描述
12.17.2 代碼注釋
12.18 fcntl.c程序
12.18.1 功能描述
12.18.2 代碼注釋
12.19 ioctl.c程序
12.19.1 功能描述
12.19.2 代碼注釋
第13章 內(nèi)存管理
13.1 總體功能
13.1.1 內(nèi)存分頁管理機(jī)制
13.1.2 Linux中物理內(nèi)存的管理和分配
13.1.3 Linux內(nèi)核對線性地址空間的使用分配
13.1.4 頁面出錯異常處理
13.1.5 寫時復(fù)制（copy on write）機(jī)制
13.1.6 需求加載（Load on demand）機(jī)制
13.2 Makefile文件
13.2.1 功能描述
13.2.2 代碼注釋
13.3 memory.c程序
13.3.1 功能描述
13.3.2 代碼注釋
13.4 page.s程序
13.4.1 功能描述
13.4.2 代碼注釋
13.4.3 頁出錯異處理
第14章 頭文件
14.1 include/目錄下的文件
14.2 a.out.h文件
14.2.1 功能描述
14.2.2 代碼注釋
14.2.3 a.out執(zhí)行文件格式
14.3 const.h文件
14.3.1 功能描述
14.3.2 代碼注釋
14.4 ctype.h文件
14.4.1 功能描述
14.4.2 代碼注釋
14.5 erno.h文件
14.5.1 功能描述
14.5.2 代碼注釋
14.6 fcntl.h文件
14.6.1 功能描述
14.6.2 代碼注釋
14.7 signal.h文件
14.7.1 功能描述
14.7.2 文件注釋
14.8 stdarg.h文件
14.8.1 功能描述
14.8.2 代碼注釋
14.9 stddef.h文件
14.9.1 功能描述
14.9.2 代碼注釋
14.10 string.h文件
14.10.1 功能描述
14.10.2代碼注釋
14.11 termios.h文件
14.11.1 功能描述
14.11.2 代碼注釋
14.11.3 控制字符TIME、MIN
14.12 time.h文件
14.12.1 功能描述
14.12.2 代碼注釋
14.13 unistd.h文件
14.13.1 功能描述
14.13.2 代碼注釋
14.14 utime.h文件
14.14.1 功能描述
14.14.2 代碼注釋
14.15 include/asm/目錄下的文件
14.16 io.h文件
14.16.1 功能描述
14.16.2 代碼注釋
14.17 memory.h文件
14.17.1 功能描述
14.17.2 代碼注釋
14.18 segment.h文件
14.18.1 功能描述
14.18.2 代碼注釋
14.19 system.h文件
14.19.1 功能描述
14.19.2 代碼注釋
14.20 include/linux/目錄下的文件
14.21 config.h文件
14.21.1 功能描述
14.21.2 代碼注釋
14.22 fdreg.h頭文件
14.22.1 功能描述
14.22.2 文件注釋
14.23 fs.h文件
14.23.1 功能描述
14.23.2 代碼注釋
14.24 hdreg.h文件
14.24.1 功能描述
14.24.2 代碼注釋
14.24.3 硬盤分區(qū)表
14.25 head.h文件
14.25.1 功能描述
14.25.2 代碼注釋
14.26 kernel.h文件
14.26.1 功能描述
14.26.2 代碼注釋
14.27 mm.h文件
14.27.1 功能描述
14.27.2 代碼注釋
14.28 sched.h文件
14.28.1 功能描述
14.28.2 代碼注釋
14.29 sys.h文件
14.29.1 功能描述
14.29.2 代碼注釋
14.30 try.h文件
14.30.1 功能描述
14.30.2 代碼注釋
14.31 include/sys/目錄中的文件
14.32 stat.h文件
14.32.1 功能描述
14.32.2 代碼注釋
14.33 times.h文件
14.33.1 功能描述
14.33.2 代碼注釋
14.34 types.h文件
14.34.1 功能描述
14.34.2 代碼注釋
14.35 utsname.h文件
14.35.1 功能描述
14.35.2 代碼注釋
14.36 wait.h文件
14.36.1 功能描述
14.36.2 代碼注釋
第15章 庫文件
15.1 Makefile文件
15.1.1 功能描述
15.1.2 代碼注釋
15.2 exit.c程序
15.2.1 _功能描述
15.2.2 代碼注釋
15.2.3 相關(guān)信息
15.3 close.c程序
15.3.1 功能描述
15.3.2 代碼注釋
15.4 ctype.c程序
15.4.1 功能描述
15.4.2 代碼注釋
15.5 dup.c程序
15.5.1 功能描述
15.5.2 代碼注釋
15.6 errno.c程序
15.6.1 功能描述
15.6.2 代碼注釋
15.7 execve.c程序
15.7.1功能描述
15.7.2 代碼注釋
15.8 malloc.c程序
15.8.1 功能描述
15.8.2 代碼注釋
15.9 open.c程序
15.9.1 功能描述
15.9.2 代碼注釋
15.10 setsid.c程序
15.10.1 功能描述
15.10.2 代碼注釋
15.11 string.c程序
15.11.1 功能描述
15.11.2 代碼注釋
15.12 wait.c程序
15.12.1 功能描述
15.12.2 代碼注釋
15.13 write.c程序
15.13.1 功能描述
15.13.2 代碼注釋
第16章 建造工具
16.1 build.c程序
16.1.1 功能概述
16.1.2 代碼注釋
16.2 MINIX可執(zhí)行文件頭部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
第17章 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置與使用方法
17.1 Bochs仿真軟件系統(tǒng)
17.1.1 設(shè)置Bochs系統(tǒng)
17.1.2 配置文件*.bxrc
17.2 在Bochs中運(yùn)行Linux0.1x系統(tǒng)
17.2.1 軟件包中文件說明
17.2.2 運(yùn)行Linux0.1x系統(tǒng)
17.3 訪問磁盤映像文件中的信息
17.3.1 使用WinImage工具軟件
17.3.2 利用現(xiàn)有Linux系統(tǒng)
17.4 編譯運(yùn)行簡單內(nèi)核示例程序
17.5 利用Bochs調(diào)試內(nèi)核
17.5.1 運(yùn)行Bochs調(diào)配試程序
17.5.2 定位內(nèi)核中的變理或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
17.6 創(chuàng)建磁盤映像文件
17.6.1 利用Bochs軟件自帶的Image生成工具
17.6.2 在Linux系統(tǒng)下使用dd命令創(chuàng)建Image文件
17.6.3 利用WinImage創(chuàng)建DOS格式的軟盤Image文件
17.7 制作根文件系統(tǒng)
17.7.1 根據(jù)文件系統(tǒng)和根文件設(shè)備
17.7.2 創(chuàng)建文件系統(tǒng)
17.7.3 Linux-0.11的Bochs配置文件
17.7.4 在hdc.img上建立根文件系統(tǒng)
17.7.5 使用硬盤Image上的根文件系統(tǒng)
17.8 在Linux0.11系統(tǒng)中編譯0.11內(nèi)核
17.9 在Redhat Linux 9系統(tǒng)中編譯Linux0.11內(nèi)核
17.9.1 修改makefile文件
17.9.2 修改匯編程序中的注釋
17.9.3 內(nèi)存位置對齊語句align值的修改
17.9.4 修改嵌入宏匯編程序
17.9.5 C程序變量在匯編語句中的引用表示
17.9.6 保護(hù)模式下調(diào)試顯示函數(shù)
17.10 內(nèi)核引導(dǎo)啟動+根文件系統(tǒng)組成的集成盤
17.10.1 集成盤制作原理
17.10.2 集成盤的制作過程
17.10.3 運(yùn)行集成盤系統(tǒng)
17.11 從硬盤啟動：利用shoelace引導(dǎo)軟件
17.11.1 shoelace程序設(shè)置路徑
17.11.2 設(shè)置過程
17.11.3 問題和解決方法
17.12 利用GDB和Bochs調(diào)試內(nèi)核源代碼
17.12.1 編譯帶gdbstub的Bochs系統(tǒng)
17.12.2 編譯帶調(diào)試信息的Linux0.11內(nèi)核
17.12.3 調(diào)試方法和步驟
附錄
附錄A 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
附錄B ASCII碼表
附錄C 常用C0、C1控制字符表
附錄D 常用轉(zhuǎn)義序列和控制序列
附錄E 第1套鍵盤掃描碼集
索引
參考文獻(xiàn)