Unix内核源码剖析

作者简介： 青柳隆宏 日本资深程序员，现在硅谷从事计算机处理芯片的设计工作。曾设计了超级计算机“京”的L1缓存，该计算机在2011年排名世界Top 500超级计算机的第1位，也是人类历史上第一台计算能力跨越1亿亿次每秒的计算系统。作者Email：[email protected]。 译者简介： 殷中翔 日本国立九州大学系统信息专业硕士学位。具有十余年软件开发经验，现主要从事企业Web系统服务器端的开发及维护工作。 黄炎 同济大学本科毕业，现供职于上海爱可生，从事数据库高可用软件开发。大学有幸师从陈闳中教授，一窥UNIX V6代码的门径。 周金杰 同济大学硕士，法国国立高等电信学院（TELECOM PARIS）硕士。曾通读并研究UNIX V6源代码，同时参与了面向对象操作系统的移植以及操作系统调试器的开发工作，熟悉系统底层相关的技术知识。崇尚设计，享受编程给生活带来的乐趣。

为什么要阅读内核源代码 ● 对计算机系统的全貌有更深入的了解 ● 对学到的算法和思路举一反三 ● 加深对操作系统的理解 ● 提升自身的技术水平 为什么选择UNIX V6？ ● 代码行数约为1 万行 ● 有充实的资料可参考 ● 网罗了操作系统的基本功能 ● 简化的设计 ● 便于读者对系统有完整的了解 ● 有模拟器可供参考 本书是一本Unix内核源代码的阅读指南。作者结合UNIX V6已公开的相关文档，对其内核源码进行详细剖析，旨在让读者更深入地理解进程、中断、块I/O系统、文件系统、字符I/O系统、启动系统等操作系统的基本原理。 本书适合操作系统的初中级学习者阅读，特别适合通过大学课程和其他入门书对操作系统有所了解，但是对具体细节缺乏深入理解的读者，以及那些对操作系统的具体实现有兴趣的读者。

第I部分 什么是UNIX V6　　1 第1章　UNIX V6的全貌　　2 1.1 　什么是UNIX 　V6　　2 1.2 　UNIX的历史2 1.3 　UNIX 　V6内核　　4 1.4 　构成UNIX V6运行环境的硬件　　4 PDP-11　　5 1.5 　代码　　9 1.6 　手册　　9 1.7 　小结　　10 第II部分 进程　　11 第2章　进程　　12 2.1 　进程的概要　　12 什么是进程　　12 进程的并行执行　　12 进程的执行状态　　14 用户模式和内核模式　　14 交换处理15 2.2 　proc结构体和user结构体　　15 proc结构体　　16 user结构体　　17 2.3 　为进程分配的内存　　21 代码段　　21 数据段　　21 虚拟地址空间　　22 变换地址　　24 2.4 　小结　　26 第3章　进程的管理I　　27 3.1 　进程的生命周期　　27 3.2 　创建进程　　28 进程的复制　　28 父进程和子进程　　29 系统调用fork　　29 newproc()　　32 panic()　　36 3.3 　切换执行进程　　37 中断执行进程　　37 进程的执行状态　　37 选择执行进程的算法　　38 上下文切换　　39 系统调用wait　　39 sleep()　　39 swtch()　　41 swtch() 　的返回位置　　44 setpri()　　51 wakeup() 　51 setrun()　　52 3.4 　执行程序　　53 程序执行文件的格式 　53 系统调用exec　　54 estabur()　　62 sureg()　　65 expand()　　66 3.5 　进程的终止　　68 系统调用exit　　69 系统调用wait　　71 3.6 　数据区域的扩展　　73 系统调用break　　73 3.7 　管理内存和交换空间　　76 map结构体　　76 获取未使用区域　　77 释放区域 　79 3.8 　小结　　81 第4章　交换处理 　82 4.1 　什么是交换处理　　82 代码段和数据段　　82 sched()　　83 xswap()　　87 4.2 　共享代码段的处理　　88 xalloc()　　90 xfree()　　93 xccdec()　　93 4.3 　小结　　94 第III 　部分 中断 　95 第5章　中断与陷入 　96 5.1 　什么是中断与陷入　　96 什么是中断　　96 什么是陷入　　97 5.2 　优先级与向量（Vector）　　98 中断优先级和处理器优先级　　98 中断和陷入向量　　100 5.3 　中断和陷入的处理流程　　100 发生中断或陷入　　101 执行call和trap　　104 5.4 　时钟中断处理函数　　107 时钟设备的规格　　107 时钟中断处理函数的内容　　108 clock()　　113 5.5 　陷入处理函数　　117 trap()　　117 grow()　　122 5.6 　系统调用的处理流程　　123 传递参数的方法　　123 sysent结构体　　124 trap()　　126 5.7 　小结　　128 第6章　信号　　129 6.1 　什么是信号　　129 信号的发送方法　　129 确认接收信号　　129 信号的种类　　130 ssig()　　131 kill()　　132 signal()　　133 psignal()　　133 issig()　　134 psig()　　134 core()　　136 在系统调用处理中处理信号　　136 6.2 　跟踪功能　　137 什么是跟踪　　137 ipc结构体　　138 跟踪的处理流程　　138 stop()　　139 ptrace()　　140 procxmt()　　142 wait()　　143 6.3 　小结　　144 第IV 　部分 块I/O 　系统　　145 第7章　块设备子系统　　146 7.1 　设备的基础　　146 设备的种类　　146 设备驱动　　146 类别和设备编号　　147 特殊文件　　147 7.2 　块设备子系统　　148 缓冲区　　148 b-list和av-list　　150 RAW 　输入输出　　151 7.3 　缓冲区的初始化　　152 binit()　　152 clrbuf()　　153 7.4 　缓冲区的获取和释放　　154 getblk()　　154 notavail()　　156 brelse()　　157 7.5 　读取　　158 读取的种类　　158 bread()　　159 iowait()　　160 iodone()　　160 geterror()　　161 breada()　　161 incore()　　162 7.6 　写入　　163 写入的种类　　163 bwrite()　　164 bawrite()　　165 bdwrite()　　165 bflush()　　166 7.7 　RAW输入输出　　167 physio()　　167 swap()　　169 7.8 　小结　　171 第8章　块设备驱动　　172 8.1 　什么是块设备驱动　　172 块设备驱动表　　172 设备处理队列　　173 处理流程　　173 8.2 　RK-11磁盘驱动　　174 RK11-D　　175 特殊文件　　175 设定bdevsw[]　　176 中断处理函数　　176 RK11-D 　的寄存器　　177 rkstrategy()　　179 rkstart()　　180 rkaddr()　　180 devstart()　　181 rkintr()　　182 RAW 　输入输出　　184 8.3 　小结　　184 第V 　部分 文件系统　　185 第9章　文件系统　　186 9.1 　什么是文件系统　　186 inode　　186 树状结构的命名空间　　187 挂载　　187 访问权限　　188 根磁盘　　189 9.2 　块设备的区域　　189 用于启动的区域　　190 超级块　　190 inode区域　　191 存储区域　　193 9.3 　挂载　　193 mount结构体　　193 系统调用mount　　194 getmdev()　　196 系统调用umount　　197 9.4 　inode的获取和释放　　198 inode[]　　198 iget()　　201 iput()　　203 iupdat()　　204 9.5 　inode与存储区域的对应关系　　205 bmap()　　208 itrunc()　　211 9.6 　分配块设备中的块　　213 ialloc()　　213 ifree()　　216 alloc()　　217 free()　　220 getfs()　　222 badblock()　　222 9.7 　将路径变为inode　　223 目录的内容　　223 namei()　　224 access()　　230 9.8 　初始化与同步　　232 iinit()　　232 update()　　232 9.9 　小结　　234 第10章　文件处理　　235 10.1 　用户程序对文件的处理　　235 10.2　　3 　个结构体　　235 标准输入输出　　237 10.3 　文件的生成和打开处理　　237 系统调用creat　　238 maknode()　　238 wdir()　　239 系统调用open　　240 open1()　　241 falloc()　　242 ufalloc()　　243 openi()　　243 10.4 　文件的读取和写入　　244 系统调用read、write　　244 rdwr()　　245 readi()　　246 writei()　　248 iomove()　　250 getf()　　252 10.5 　指定文件的读写位置　　252 系统调用seek　　252 10.6 　关闭文件　　254 系统调用close　　254 closef()　　254 closei()　　255 10.7 　目录的生成　　255 系统调用mknod　　255 10.8 　文件的链接　　256 系统调用link　　257 suser()　　258 10.9 　删除文件　　258 系统调用unlink　　258 10.10 　小结　　260 第11章　管道　　261 11.1 　什么是管道　　261 使用管道的优点　　262 11.2 　开始管道通信　　262 系统调用pipe　　262 11.3 　收发数据　　264 writep()　　264 readp()　　266 plock()　　267 prele()　　267 11.4 　结束管道通信　　268 closef()　　268 11.5 　建立管道通信的流程　　268 建立父子进程间的通信　　268 系统调用dup　　272 11.6 　小结　　273 第VI 　部分 字符I/O 　系统　　275 第12章　字符设备　　276 12.1 　字符设备驱动　　276 字符设备缓冲区　　277 对缓冲区的操作　　278 初始化缓冲区池　　280 12.2 　LP11设备驱动　　281 什么是LP11　　281 LP11设备驱动的功能　　282 lpopen()　　284 lpwrite()　　285 lpcanon()　　285 lpoutput()　　287 lpstart()　　288 lpint()　　288 lpclose()　　289 12.3 　小结　　289 第13章　电传终端　　290 13.1 　什么是电传终端　　290 电传终端的接口　　290 特殊文件　　291 tty 　结构体　　292 maptab[]　　295 partab[]　　295 KL11/DL11　　296 KL11/DL11设备驱动的规格　　297 KL11/DL11设备驱动函数　　298 13.2 　终端的开启和关闭　　298 klopen()　　298 klclose()　　300 wflushtty()　　300 flushtty()　　301 13.3 　终端的设定　　302 gtty()　　302 stty()　　302 sgtty()　　303 klsgtty()　　304 ttystty()　　304 13.4 　从终端输入文字　　305 klrint()　　306 ttyinput()　　306 13.5 　读取输入的数据　　308 klread()　　309 ttread()　　309 canon()　　310 13.6 　向终端输出数据　　313 klwrite()　　314 ttwrite()　　315 ttyoutput()　　316 ttstart()　　318 ttrstrt()　　319 klxint()　　320 13.7 　小结　　320 第VII 　部分 启动系统　　321 第14章　启动系统　　322 14.1 　启动的流程　　322 start　　323 main()　　326 /etc/init　　329 14.2 　小结　　330 附　录 　参考资料等　　331 A.1　参考文献、网站　　331 A.2　pre 　K&R 　C　　335 后记　　337 索引　　338