Linux內(nèi)核深度解析

目　　錄
第　1章 內(nèi)核引導(dǎo)和初始化　1
1．1　到哪里讀取引導(dǎo)程序　1
1．2　引導(dǎo)程序　1
1．2．1　入口_start　1
1．2．2　標(biāo)號(hào)reset　2
1．2．3　函數(shù)_main　4
1．2．4　函數(shù)run_main_loop　6
1．3　內(nèi)核初始化　8
1．3．1　匯編語(yǔ)言部分　8
1．3．2　C語(yǔ)言部分　11
1．3．3　SMP系統(tǒng)的引導(dǎo)　12
1．4　init進(jìn)程　15
第　2章 進(jìn)程管理　17
2．1　進(jìn)程　17
2．2　命名空間　18
2．3　進(jìn)程標(biāo)識(shí)符　20
2．4　進(jìn)程關(guān)系　21
2．5　啟動(dòng)程序　23
2．5．1　創(chuàng)建新進(jìn)程　23
2．5．2　裝載程序　41
2．6　進(jìn)程退出　48
2．6．1　線(xiàn)程組退出　49
2．6．2　終止進(jìn)程　51
2．6．3　查詢(xún)子進(jìn)程終止原因　53
2．7　進(jìn)程狀態(tài)　55
2．8　進(jìn)程調(diào)度　55
2．8．1　調(diào)度策略　55
2．8．2　進(jìn)程優(yōu)先級(jí)　56
2．8．3　調(diào)度類(lèi)　57
2．8．4　運(yùn)行隊(duì)列　59
2．8．5　任務(wù)分組　60
2．8．6　調(diào)度進(jìn)程　65
2．8．7　調(diào)度時(shí)機(jī)　75
2．8．8　帶寬管理　85
2．9　SMP調(diào)度　93
2．9．1　進(jìn)程的處理器親和性　93
2．9．2　對(duì)調(diào)度器的擴(kuò)展　96
2．9．3　限期調(diào)度類(lèi)的處理器負(fù)載均衡　96
2．9．4　實(shí)時(shí)調(diào)度類(lèi)的處理器負(fù)載均衡　98
2．9．5　公平調(diào)度類(lèi)的處理器負(fù)載均衡　99
2．9．6　遷移線(xiàn)程　108
2．9．7　隔離處理器　110
2．10　進(jìn)程的安全上下文　111
第3章　內(nèi)存管理　113
3．1　概述　113
3．2　虛擬地址空間布局　115
3．2．1　虛擬地址空間劃分　115
3．2．2　用戶(hù)虛擬地址空間布局　115
3．2．3　內(nèi)核地址空間布局　121
3．3　物理地址空間　122
3．4　內(nèi)存映射　124
3．4．1　應(yīng)用編程接口　125
3．4．2　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　129
3．4．3　創(chuàng)建內(nèi)存映射　133
3．4．4　虛擬內(nèi)存過(guò)量提交策略　137
3．4．5　刪除內(nèi)存映射　139
3．5　物理內(nèi)存組織　140
3．5．1　體系結(jié)構(gòu)　140
3．5．2　內(nèi)存模型　140
3．5．3　三級(jí)結(jié)構(gòu)　141
3．6　引導(dǎo)內(nèi)存分配器　144
3．6．1　bootmem分配器　144
3．6．2　memblock分配器　145
3．6．3　物理內(nèi)存信息　148
3．7　伙伴分配器　151
3．7．1　基本的伙伴分配器　151
3．7．2　分區(qū)的伙伴分配器　152
3．7．3　根據(jù)可移動(dòng)性分組　158
3．7．4　每處理器頁(yè)集合　162
3．7．5　分配頁(yè)　163
3．7．6　釋放頁(yè)　181
3．8　塊分配器　184
3．8．1　編程接口　185
3．8．2　SLAB分配器　186
3．8．3　SLUB分配器　197
3．8．4　SLOB分配器　204
3．9　不連續(xù)頁(yè)分配器　207
3．9．1　編程接口　207
3．9．2　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　208
3．9．3　技術(shù)原理　209
3．10　每處理器內(nèi)存分配器　210
3．10．1　編程接口　210
3．10．2　技術(shù)原理　212
3．11　頁(yè)表　219
3．11．1　統(tǒng)一的頁(yè)表框架　219
3．11．2　ARM64處理器的頁(yè)表　222
3．12　頁(yè)表緩存　226
3．12．1　TLB表項(xiàng)格式　226
3．12．2　TLB管理　226
3．12．3　地址空間標(biāo)識(shí)符　228
3．12．4　虛擬機(jī)標(biāo)識(shí)符　232
3．13　巨型頁(yè)　233
3．13．1　處理器對(duì)巨型頁(yè)的支持　233
3．13．2　標(biāo)準(zhǔn)巨型頁(yè)　235
3．13．3　透明巨型頁(yè)　245
3．14　頁(yè)錯(cuò)誤異常處理　257
3．14．1　處理器架構(gòu)特定部分　257
3．14．2　用戶(hù)空間頁(yè)錯(cuò)誤異?！?66
3．14．3　內(nèi)核模式頁(yè)錯(cuò)誤異常　283
3．15　反碎片技術(shù)　288
3．15．1　虛擬可移動(dòng)區(qū)域　289
3．15．2　內(nèi)存碎片整理　291
3．16　頁(yè)回收　309
3．16．1　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　310
3．16．2　發(fā)起頁(yè)回收　317
3．16．3　計(jì)算掃描的頁(yè)數(shù)　320
3．16．4　收縮活動(dòng)頁(yè)鏈表　321
3．16．5　回收不活動(dòng)頁(yè)　323
3．16．6　頁(yè)交換　325
3．16．7　回收slab緩存　335
3．17　內(nèi)存耗盡殺手　338
3．17．1　使用方法　338
3．17．2　技術(shù)原理　338
3．18　內(nèi)存資源控制器　340
3．18．1　使用方法　340
3．18．2　技術(shù)原理　344
3．19　處理器緩存　370
3．19．1　緩存結(jié)構(gòu)　370
3．19．2　緩存策略　372
3．19．3　緩存維護(hù)　374
3．19．4　SMP緩存一致性　378
3．19．5　利用緩存提高性能的編程技巧　383
3．20　連續(xù)內(nèi)存分配器　384
3．20．1　使用方法　385
3．20．2　技術(shù)原理　386
3．21　userfaultfd　391
3．21．1　使用方法　391
3．21．2　技術(shù)原理　395
3．22　內(nèi)存錯(cuò)誤檢測(cè)工具KASAN　401
3．22．1　使用方法　401
3．22．2　技術(shù)原理　402
第4章　中斷、異常和系統(tǒng)調(diào)用　403
4．1　ARM64異常處理　403
4．1．1　異常級(jí)別　403
4．1．2　異常分類(lèi)　404
4．1．3　異常向量表　405
4．1．4　異常處理　407
4．2　中斷　411
4．2．1　中斷控制器　412
4．2．2　中斷域　413
4．2．3　中斷控制器驅(qū)動(dòng)初始化　415
4．2．4　Linux中斷處理　422
4．2．5　中斷線(xiàn)程化　428
4．2．6　禁止/開(kāi)啟中斷　430
4．2．7　禁止/開(kāi)啟單個(gè)中斷　431
4．2．8　中斷親和性　431
4．2．9　處理器間中斷　432
4．3　中斷下半部　434
4．3．1　軟中斷　435
4．3．2　小任務(wù)　441
4．3．3　工作隊(duì)列　444
4．4　系統(tǒng)調(diào)用　457
4．4．1　定義系統(tǒng)調(diào)用　457
4．4．2　執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用　459
第5章　內(nèi)核互斥技術(shù)　463
5．1　信號(hào)量　464
5．2　讀寫(xiě)信號(hào)量　465
5．3　互斥鎖　466
5．4　實(shí)時(shí)互斥鎖　467
5．5　原子變量　468
5．6　自旋鎖　472
5．7　讀寫(xiě)自旋鎖　476
5．8　順序鎖　478
5．8．1　完整版的順序鎖　479
5．8．2　只提供序列號(hào)的順序鎖　481
5．9　禁止內(nèi)核搶占　482
5．10　進(jìn)程和軟中斷互斥　483
5．11　進(jìn)程和硬中斷互斥　483
5．12　每處理器變量　484
5．12．1　靜態(tài)每處理器變量　484
5．12．2　動(dòng)態(tài)每處理器變量　484
5．12．3　訪(fǎng)問(wèn)每處理器變量　485
5．13　每處理器計(jì)數(shù)器　485
5．14　內(nèi)存屏障　487
5．14．1　編譯器屏障　488
5．14．2　處理器內(nèi)存屏障　489
5．14．3　MMIO寫(xiě)屏障　492
5．14．4　隱含內(nèi)存屏障　493
5．14．5　ARM64處理器內(nèi)存屏障　493
5．15　RCU　495
5．15．1　使用方法　496
5．15．2　技術(shù)原理　504
5．16　可睡眠RCU　533
5．16．1　使用方法　533
5．16．2　技術(shù)原理　534
5．17　死鎖檢測(cè)工具lockdep　542
5．17．1　使用方法　543
5．17．2　技術(shù)原理　543
第6章　文件系統(tǒng)　548
6．1　概述　548
6．1．1　用戶(hù)空間層面　549
6．1．2　硬件層面　549
6．1．3　內(nèi)核空間層面　550
6．2　虛擬文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　552
6．2．1　超級(jí)塊　552
6．2．2　掛載描述符　554
6．2．3　文件系統(tǒng)類(lèi)型　555
6．2．4　索引節(jié)點(diǎn)　556
6．2．5　目錄項(xiàng)　559
6．2．6　文件的打開(kāi)實(shí)例和打開(kāi)文件表　561
6．3　注冊(cè)文件系統(tǒng)類(lèi)型　563
6．4　掛載文件系統(tǒng)　564
6．4．1　系統(tǒng)調(diào)用mount　566
6．4．2　綁定掛載　567
6．4．3　掛載命名空間　568
6．4．4　掛載根文件系統(tǒng)　574
6．5　打開(kāi)文件　580
6．5．1　編程接口　580
6．5．2　技術(shù)原理　582
6．6　關(guān)閉文件　591
6．7　創(chuàng)建文件　593
6．7．1　使用方法　593
6．7．2　技術(shù)原理　594
6．8　刪除文件　595
6．8．1　使用方法　595
6．8．2　技術(shù)原理　595
6．9　設(shè)置文件權(quán)限　597
6．9．1　使用方法　597
6．9．2　技術(shù)原理　598
6．10　頁(yè)緩存　599
6．10．1　地址空間　600
6．10．2　基數(shù)樹(shù)　601
6．10．3　編程接口　602
6．11　讀文件　602
6．11．1　編程接口　602
6．11．2　技術(shù)原理　603
6．12　寫(xiě)文件　606
6．12．1　編程接口　606
6．12．2　技術(shù)原理　607
6．13　文件回寫(xiě)　610
6．13．1　編程接口　610
6．13．2　技術(shù)原理　610
6．14　DAX　618
6．14．1　使用方法　618
6．14．2　技術(shù)原理　618
6．15　常用的文件系統(tǒng)類(lèi)型　621
結(jié)束語(yǔ)　622