FreeBSD操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　內(nèi)容簡介目錄內(nèi)容提要本書對FreeBSD操作系統(tǒng)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)進(jìn)行了最全國、最新鮮、最權(quán)威的論述。全書共5部分14章。第一部分包括前3章，是對FreeBSD歷史、設(shè)計和內(nèi)核服務(wù)的綜述性介紹。第二部分包括第4章和第5章，分別論述了進(jìn)程管理和存儲管理。第三部分第6章到第10章，詳細(xì)介紹了I/O系統(tǒng)，包括概述、設(shè)備、本地文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)、終端系統(tǒng)等。第四部分是第11章到第13章，分別介紹了進(jìn)程間通信、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。第五部分是第14章，介紹了啟動和關(guān)機(jī)。術(shù)語表給出了本書涉及到的一些常用術(shù)語及其解釋。本書既可以作為一本FreeBSD實踐指南，又可作為深入研究當(dāng)代可移值的開放源代碼操作系統(tǒng)的參考書。本書適合FreeBSD操作系統(tǒng)技術(shù)支持人員、應(yīng)用程序開發(fā)人員、系統(tǒng)管理員和系統(tǒng)程序員閱讀，也可供對學(xué)習(xí)FreeBSD感興趣的讀者參考。 第一部分　綜述第1章　BSD系統(tǒng)的歷史和目標(biāo)　31.1　UNIX系統(tǒng)的歷史　31.1.1　UNIX系統(tǒng)的起源　31.1.2　Research小組的UNIX系統(tǒng)　41.1.3　AT&T UNIX System III和System V　51.1.4　伯克利軟件發(fā)布（BSD）　51.1.5　UNIX無處不在　61.2　BSD和其他系統(tǒng)　61.3　BSD向開放源代碼的轉(zhuǎn)變　81.3.1　Networking Release 2　81.3.2　法律訴訟　101.3.3　4.4BSD　111.3.4　4.4BSD-Lite Release 2　111.4　FreeBSD的開發(fā)模式　121.5　參考文獻(xiàn)　15第2章　FreeBSD設(shè)計概述　192.1　FreeBSD的功能和內(nèi)核　192.2　內(nèi)核結(jié)構(gòu)　202.3　內(nèi)核服務(wù)　222.4　進(jìn)程管理　232.4.1　信號　242.4.2　進(jìn)程組和會話　252.5　內(nèi)存管理　252.5.1　BSD內(nèi)存管理設(shè)計要點　262.5.2　內(nèi)核中的內(nèi)存管理　272.6　I/O系統(tǒng)　282.6.1　描述符與I/O　282.6.2　描述符管理　292.6.3　設(shè)備　302.6.4　套接口IPC　302.6.5　分散/聚集I/O　312.6.6　多文件系統(tǒng)支持　312.7　設(shè)備　322.8　文件系統(tǒng)　322.9　網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)　352.10　終端　362.11　進(jìn)程間通信　372.12　網(wǎng)絡(luò)通信　372.13　網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)　382.14　系統(tǒng)運(yùn)行　382.15　復(fù)習(xí)題　382.16　參考文獻(xiàn)　39第3章　內(nèi)核服務(wù)　413.1　內(nèi)核結(jié)構(gòu)　413.1.1　系統(tǒng)進(jìn)程　413.1.2　系統(tǒng)入口　423.1.3　運(yùn)行時刻的內(nèi)核結(jié)構(gòu)　423.1.4　內(nèi)核的入口　433.1.5　從內(nèi)核返回　443.2　系統(tǒng)調(diào)用　443.2.1　調(diào)用結(jié)果的處理　453.2.2　從系統(tǒng)調(diào)用返回　453.3　陷阱和中斷　463.3.1　陷阱　463.3.2　I/O設(shè)備中斷　463.3.3　軟件中斷　473.4　時鐘中斷　473.4.1　統(tǒng)計和進(jìn)程調(diào)度　483.4.2　超時　493.5　內(nèi)存管理服務(wù)　503.6　時間服務(wù)　533.6.1　真實時間　533.6.2　外部表示　543.6.3　調(diào)整時間　543.6.4　時間間隔　543.7　用戶、用戶組和其他身份標(biāo)識　553.7.1　主機(jī)標(biāo)識符　573.7.2　進(jìn)程組和會話　573.8　資源服務(wù)　583.8.1　進(jìn)程優(yōu)先級　583.8.2　資源利用　583.8.3　資源限制　593.8.4　文件系統(tǒng)配額　593.9　系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù)　593.10　復(fù)習(xí)題　603.11　參考文獻(xiàn)　61第二部分　進(jìn)程第4章　進(jìn)程管理　654.1　進(jìn)程管理概述　654.1.1　多程序機(jī)制　664.1.2　調(diào)度　664.2　進(jìn)程狀態(tài)　674.2.1　進(jìn)程結(jié)構(gòu)　694.2.2　線程結(jié)構(gòu)　714.3　上下文切換　724.3.1　線程狀態(tài)　734.3.2　底層上下文切換　734.3.3　主動上下文切換　734.3.4　同步　754.3.5　互斥同步　784.3.6　鎖管理器的鎖　794.3.7　其他同步　804.4　線程調(diào)度　804.4.1　4.4BSD的調(diào)度程序　814.4.2　線程調(diào)度　814.4.3　線程優(yōu)先級的計算　824.4.4　線程優(yōu)先級例程　834.4.5　線程運(yùn)行隊列和上下文切換　834.4.6　ULE調(diào)度程序　854.5　創(chuàng)建進(jìn)程　874.6　終止進(jìn)程　894.7　信號　904.7.1　信號的歷史　924.7.2　發(fā)送信號　924.7.3　接收信號　944.8　進(jìn)程組和會話　954.8.1　會話　964.8.2　作業(yè)控制　984.9　監(jiān)管環(huán)境　994.9.1　監(jiān)管環(huán)境的語義　1004.9.2　監(jiān)管環(huán)境的實現(xiàn)　1024.9.3　監(jiān)管環(huán)境的限制　1034.10　進(jìn)程的調(diào)試　1044.11　復(fù)習(xí)題　1054.12　參考文獻(xiàn)　107第5章　存儲管理　1095.1　術(shù)語　1095.1.1　進(jìn)程與內(nèi)存　1105.1.2　調(diào)頁機(jī)制　1105.1.3　替換算法　1115.1.4　工作集模型　1125.1.5　交換機(jī)制　1125.1.6　虛擬內(nèi)存的優(yōu)點　1125.1.7　虛擬內(nèi)存的硬件要求　1135.2　FreeBSD虛擬內(nèi)存系統(tǒng)概述　1135.3　內(nèi)核的存儲管理　1155.3.1　內(nèi)核映射和子映射　1165.3.2　內(nèi)核地址空間的分配　1175.3.3　內(nèi)核的存儲分配程序　1175.3.4　內(nèi)核的區(qū)域存儲分配程序　1195.4　進(jìn)程獨立擁有的資源　1215.4.1　FreeBSD的進(jìn)程虛擬地址空間　1215.4.2　缺頁處理　1225.4.3　映射到對象　1235.4.4　對象　1245.4.5　對象到頁面　1245.5　共享存儲　1255.5.1　mmap模型　1265.5.2　共享映射　1275.5.3　私有映射　1285.5.4　壓縮影子鏈　1295.5.5　私有快照　1305.6　創(chuàng)建新進(jìn)程　1315.6.1　保留內(nèi)核資源　1315.6.2　復(fù)制用戶地址空間　1325.6.3　不通過復(fù)制創(chuàng)建新進(jìn)程　1335.7　執(zhí)行一個文件　1345.8　進(jìn)程地址空間的操作　1345.8.1　改變進(jìn)程大小　1355.8.2　文件映射　1355.8.3　改變保護(hù)權(quán)限　1365.9　終止進(jìn)程　1375.10　調(diào)頁器接口　1375.10.1　vnode調(diào)頁器　1395.10.2　設(shè)備調(diào)頁器　1405.10.3　物理內(nèi)存調(diào)頁器　1415.10.4　交換調(diào)頁器　1415.11　調(diào)頁機(jī)制　1445.11.1　硬件高速緩存的設(shè)計　1475.11.2　頁面填色　1485.12　頁面替換　1505.12.1　調(diào)頁參數(shù)　1515.12.2　pageout守護(hù)進(jìn)程　1525.12.3　交換機(jī)制　1555.12.4　換入進(jìn)程　1565.13　可移植性　1575.13.1　pmap模塊的作用　1595.13.2　初始化和啟動　1615.13.3　分配和釋放映射　1635.13.4　改變映射的訪問和固定屬性　1645.13.5　管理頁表的使用信息　1655.13.6　初始化物理頁面　1665.13.7　管理內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　1665.14　復(fù)習(xí)題　1675.15　參考文獻(xiàn)　168第三部分　I/O系統(tǒng)第6章　I/O系統(tǒng)概述　1736.1　從用戶到設(shè)備的I/O映射　1736.1.1　設(shè)備驅(qū)動程序　1746.1.2　I/O隊列　1756.1.3　中斷處理　1756.2　字符設(shè)備　1756.2.1　原始設(shè)備和物理I/O　1766.2.2　面向字符的設(shè)備　1786.2.3　字符設(shè)備驅(qū)動程序的入口點　1786.3　磁盤設(shè)備　1796.3.1　塊設(shè)備驅(qū)動程序的入口點　1796.3.2　磁盤I/O請求的排序　1796.3.3　磁盤標(biāo)簽　1806.4　描述符的管理和服務(wù)　1816.4.1　打開文件項　1826.4.2　管理描述符　1836.4.3　異步I/O　1856.4.4　文件描述符的上鎖機(jī)制　1856.4.5　描述符上的多路I/O操作　1876.4.6　select調(diào)用的實現(xiàn)　1896.4.7　數(shù)據(jù)在內(nèi)核中的轉(zhuǎn)移　1916.5　虛擬文件系統(tǒng)的接口　1926.5.1　vnode的內(nèi)容　1936.5.2　對vnode的操作　1956.5.3　路徑名轉(zhuǎn)換　1956.5.4　文件系統(tǒng)的導(dǎo)出服務(wù)　1966.6　與文件系統(tǒng)無關(guān)的服務(wù)　1976.6.1　名字緩存　1986.6.2　緩沖區(qū)管理　1996.6.3　緩沖區(qū)管理的實現(xiàn)　2016.7　可疊加的文件系統(tǒng)　2036.7.1　簡單的文件系統(tǒng)層　2046.7.2　聯(lián)合安裝的文件系統(tǒng)　2056.7.3　其他文件系統(tǒng)　2076.8　復(fù)習(xí)題　2086.9　參考文獻(xiàn)　208第7章　設(shè)備　2107.1　設(shè)備概述　2107.1.1　PC的I/O體系結(jié)構(gòu)　2107.1.2　FreeBSD海量存儲I/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　2127.1.3　設(shè)備的命名和訪問　2147.2　GEOM層　2157.2.1　術(shù)語和拓?fù)湟?guī)則　2157.2.2　改變拓?fù)洹?177.2.3　運(yùn)行　2187.2.4　拓?fù)涞撵`活性　2197.3　CAM層　2207.3.1　SCSI子系統(tǒng)　2207.3.2　I/O請求通過CAM子系統(tǒng)的路徑　2217.4　ATA層　2227.5　配置設(shè)備　2237.5.1　識別設(shè)備　2267.5.2　自動配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　2277.5.3　資源管理　2317.6　復(fù)習(xí)題　2327.7　參考文獻(xiàn)　233第8章　本地文件系統(tǒng)　2348.1　文件系統(tǒng)的分層管理　2348.2　inode的結(jié)構(gòu)　2358.2.1　inode格式的變化　2378.2.2　擴(kuò)展屬性　2388.2.3　文件系統(tǒng)的新功能　2398.2.4　文件標(biāo)志　2408.2.5　動態(tài)的inode　2418.2.6　管理inode　2428.3　命名　2438.3.1　目錄　2448.3.2　在目錄中查找名字　2458.3.3　路徑名轉(zhuǎn)換　2478.3.4　鏈接　2488.4　配額　2498.5　文件上鎖　2528.6　軟更新　2568.6.1　文件系統(tǒng)中的更新依賴　2578.6.2　依賴關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　2608.6.3　跟蹤位映射表的依賴關(guān)系　2628.6.4　跟蹤inode的依賴關(guān)系　2628.6.5　跟蹤直接塊的依賴關(guān)系　2638.6.6　跟蹤間接塊的依賴關(guān)系　2648.6.7　跟蹤新間接塊的依賴關(guān)系　2658.6.8　跟蹤新目錄項的依賴關(guān)系　2668.6.9　跟蹤新目錄的依賴關(guān)系　2678.6.10　跟蹤刪除目錄項時的依賴關(guān)系　2698.6.11　截短文件　2698.6.12　回收文件和目錄的inode節(jié)點　2698.6.13　跟蹤目錄項重命名時的依賴關(guān)系　2708.6.14　跟蹤刪除文件時的依賴關(guān)系　2708.6.15　fsync對軟更新的要求　2718.6.16　刪除文件時對軟更新的要求　2728.6.17　fsck對軟更新的要求　2738.6.18　軟更新的性能　2748.7　文件系統(tǒng)的快照　2758.7.1　創(chuàng)建文件系統(tǒng)快照　2758.7.2　維護(hù)文件系統(tǒng)快照　2778.7.3　大型文件系統(tǒng)的快照　2788.7.4　快照性能　2798.7.5　后臺fsck　2818.7.6　用戶可見的快照　2818.7.7　動態(tài)的轉(zhuǎn)儲　2818.8　本地文件庫　2828.8.1　文件庫概述　2828.8.2　用戶的文件I/O　2838.9　伯克利快速文件系統(tǒng)　2858.9.1　伯克利快速文件系統(tǒng)的組成　2868.9.2　引導(dǎo)塊　2878.9.3　優(yōu)化存儲空間利用率　2888.9.4　讀寫文件　2898.9.5　布局策略　2918.9.6　分配機(jī)制　2928.9.7　將塊組成簇　2958.9.8　基于擴(kuò)展的分配　2968.10　復(fù)習(xí)題　2978.11　參考文獻(xiàn)　299第9章　網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)　3039.1　歷史和概述　3039.2　NFS的結(jié)構(gòu)和操作　3059.2.1　NFS協(xié)議　3089.2.2　FreeBSD的NFS實現(xiàn)　3109.2.3　客戶機(jī)/服務(wù)器的交互操作　3139.2.4　RPC的傳輸問題　3149.2.5　安全問題　3159.3　提高性能的技術(shù)　3169.3.1　租約　3189.3.2　崩潰恢復(fù)　3219.4　復(fù)習(xí)題　3229.5　參考文獻(xiàn)　323第10章　終端處理　32610.1　終端處理模式　32610.2　行規(guī)程　32710.3　用戶接口　32810.4　tty結(jié)構(gòu)　32910.5　進(jìn)程組、會話和終端控制　33110.6　C-list　33110.7　RS-232和調(diào)制解調(diào)器控制　33210.8　終端操作　33310.8.1　打開終端　33310.8.2　輸出到行規(guī)程　33410.8.3　終端的輸出　33510.8.4　終端的輸入　33510.8.5　ioctl例程　33710.8.6　調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換　33710.8.7　關(guān)閉終端設(shè)備　33810.9　其他行規(guī)程　33810.10　復(fù)習(xí)題　33910.11　參考文獻(xiàn)　339第四部分　進(jìn)程間通信第11章　進(jìn)程間通信　34311.1　進(jìn)程間通信的模型　34311.2　實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和概述　34711.3　內(nèi)存管理　34811.3.1　mbuf　34911.3.2　存儲管理算法　35111.3.3　mbuf工具例程　35211.4　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　35311.4.1　通信域　35311.4.2　套接口　35411.4.3　套接口地址　35611.4.4　鎖　35711.5　建立連接　35711.6　傳送數(shù)據(jù)　35911.6.1　發(fā)送數(shù)據(jù)　36011.6.2　接收數(shù)據(jù)　36111.7　關(guān)閉套接口　36311.8　本地進(jìn)程間通信　36411.8.1　信號量　36511.8.2　消息隊列　36611.8.3　共享內(nèi)存　36711.9　復(fù)習(xí)題　36811.10　參考文獻(xiàn)　369第12章　網(wǎng)絡(luò)通信　37012.1　內(nèi)部結(jié)構(gòu)　37012.1.1　數(shù)據(jù)流　37112.1.2　通信協(xié)議　37212.1.3　網(wǎng)絡(luò)接口　37312.2　套接口到協(xié)議的接口　37712.2.1　協(xié)議的用戶請求例程　37812.2.2　協(xié)議的控制輸出例程　38012.3　協(xié)議到協(xié)議的接口　38012.3.1　pr_output　38112.3.2　pr_input　38112.3.3　pr_ctlinput　38112.4　協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的接口　38212.4.1　發(fā)送數(shù)據(jù)包　38312.4.2　接收數(shù)據(jù)包　38312.5　路由選擇　38512.5.1　內(nèi)核路由選擇表　38612.5.2　路由選擇查找　38812.5.3　路由選擇重定向　39012.5.4　路由選擇表接口　39112.5.5　用戶級的路由選擇策略　39212.5.6　用戶級路由選擇接口：路由選擇套接口　39212.6　緩沖和擁塞控制　39312.6.1　協(xié)議緩沖策略　39312.6.2　隊列限制　39412.7　原始套接口　39412.7.1　控制塊　39412.7.2　輸入處理　39512.7.3　輸出處理　39512.8　網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的其他主題　39512.8.1　帶外數(shù)據(jù)　39512.8.2　地址解析協(xié)議　39612.9　復(fù)習(xí)題　39712.10　參考文獻(xiàn)　398第13章　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議　40013.1　IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議　40013.1.1　IPv4地址　40113.1.2　廣播地址　40213.1.3　組播　40313.1.4　端口與關(guān)聯(lián)　40313.1.5　協(xié)議控制塊　40313.2　UDP協(xié)議　40413.2.1　初始化　40513.2.2　輸出　40513.2.3　輸入　40613.2.4　控制操作　40713.3　Internet協(xié)議（IP）　40713.3.1　輸出　40813.3.2　輸入　40913.3.3　轉(zhuǎn)發(fā)　41013.4　TCP協(xié)議　41013.4.1　TCP連接狀態(tài)　41213.4.2　序號變量　41513.5　TCP算法　41613.5.1　定時器　41713.5.2　往返時間的估計　41813.5.3　建立連接　41913.5.4　SYN緩存　42113.5.5　關(guān)閉連接　42113.6　TCP輸入處理　42213.7　TCP輸出處理　42513.7.1　發(fā)送數(shù)據(jù)　42513.7.2　避免糊涂窗口綜合癥　42613.7.3　避免小數(shù)據(jù)包　42713.7.4　確認(rèn)延遲和窗口更新　42713.7.5　重發(fā)狀態(tài)　42813.7.6　慢啟動　42813.7.7　源擁塞的處理　43013.7.8　緩沖與窗口大小分配　43013.7.9　使用慢啟動避免擁塞　43113.7.10　快速重發(fā)　43213.8　ICMP協(xié)議　43313.9　IPv6　43413.9.1　IPv6地址　43513.9.2　IPv6數(shù)據(jù)包格式　43713.9.3　套接口API的調(diào)整　43813.9.4　自動配置　43913.10　安全　44213.10.1　IPSec概述　44213.10.2　安全協(xié)議　44413.10.3　密鑰管理　44613.10.4　IPSec實現(xiàn)　44913.10.5　密碼子系統(tǒng)　45113.11　復(fù)習(xí)題　45213.12　參考文獻(xiàn)　454第五部分　系統(tǒng)運(yùn)行第14章　啟動和關(guān)機(jī)　46114.1　概述　46114.2　引導(dǎo)　46214.3　初始化內(nèi)核　46314.4　初始化內(nèi)核模塊　46414.4.1　基本服務(wù)　46514.4.2　初始化內(nèi)核線程　46614.4.3　初始化設(shè)備模塊　46714.4.4　內(nèi)核的可加載模塊　46814.4.5　啟動進(jìn)程間通信　46914.4.6　啟動內(nèi)核線程　47014.5　用戶級初始化　47014.5.1　/sbin/init　47114.5.2　系統(tǒng)的啟動腳本　47114.5.3　/usr/libexec/getty　47214.5.4　/usr/bin/login　47214.6　系統(tǒng)運(yùn)行　47214.6.1　內(nèi)核的配置　47214.6.2　系統(tǒng)關(guān)機(jī)與自動重啟　47314.6.3　系統(tǒng)調(diào)試　47414.6.4　同內(nèi)核傳遞信息　47414.7　復(fù)習(xí)題　47614.8　參考文獻(xiàn)　476術(shù)語表　477

　　MarshallKirkMcKusick撰寫了許多書籍和文章，指導(dǎo)和講授UNIx和.BSD方面的課程。他在加州大學(xué)伯克利分校的時候?qū)崿F(xiàn)了4.2BSD的快速文件系統(tǒng)，作為CSRG的計算機(jī)研究專家（ResearchComputer·Scientist），他見證了4.3BSD和4.4BSD的研發(fā)和發(fā)布?xì)v程。他特別感興趣的研究領(lǐng)域是虛擬內(nèi)存系統(tǒng)和文件系統(tǒng)。他從康奈爾大學(xué)（CoraaellUniversity）獲得電子工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位，后又進(jìn)入加州大學(xué)伯克利分校開展研究生階段的工作，并且獲得計算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位和工商管理碩士學(xué)位，以及計算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位。他曾兩次擔(dān)任UsenixAssociation的主席，目前是ACM的Queue雜志編委會成員，以及UsenixAssocation、ACM和IEEE的會員。他在業(yè)余時間喜歡游泳、潛水，還喜歡收藏葡萄酒。他的葡萄酒都儲藏在一個專門建造的酒窖里（讀者朋友可以從網(wǎng)站http：Hwww.McKusick.com／cgi.bin／readhouse上看到它），酒窖位于房子的地下室里，而上面的房子屬于他和他25年的親密伙伴EricAllmanl共同擁