Ядро Linux: описание процесса разработки

Содержание книги «Ядро Linux: описание процесса разработки»:

• 17 Предисловие
• 19 Введение
  • 20 Итак
  • 20 Версия ядра
  • 20 Читательская аудитория
  • 22 Благодарности
• 23 Об авторе
  • 24 От издательства
• 25 Глава 1. Понятие о ядре Linux
  • 25 История систем Unix
  • 27 Потом пришел Линус: введение в Linux
  • 29 Обзор операционных систем и ядер
  • 31 Отличие ядра Linux от классических ядер Unix
  • 34 Версии ядра Linux
  • 35 Сообщество разработчиков ядра Linux
  • 36 Перед тем как начать
• 37 Глава 2. Начальные сведения о ядре Linux
  • 37 Где взять исходный код ядра
    • 37 Использование Git
    • 38 Инсталляция исходного кода ядра
    • 38 Использование заплат
  • 39 Дерево каталогов исходных кодов ядра
  • 40 Сборка ядра
    • 40 Конфигурирование ядра
    • 42 Уменьшение количества выводимых сообщений
    • 42 Порождение нескольких параллельных задач сборки
    • 42 Инсталляция нового ядра
  • 43 Отличия от обычных приложений
    • 44 Отсутствие библиотеки libc и стандартных заголовков
    • 45 Компилятор GNU C
    • 47 Отсутствие защиты памяти
    • 47 Нельзя просто использовать вычисления с плавающей точкой
    • 47 Системная стек-память небольшого фиксированного размера
    • 48 Синхронизация и параллельное выполнение
    • 48 Переносимость — это важно
  • 49 Резюме
• 51 Глава 3. Управление процессами
  • 51 Понятие процесса
  • 53 Дескриптор процесса и структура task_struct
    • 53 Распределение памяти под дескриптор процесса
    • 55 Сохранение дескриптора процесса
    • 56 Состояние процесса
    • 58 Изменение текущего состояния процесса
    • 58 Контекст процесса
    • 58 Дерево семейства процессов
  • 60 Создание нового процесса
    • 60 Копирование при записи
    • 61 Функция fork()
    • 62 Функция vfork()
  • 63 Реализация потоков в ядре Linux
    • 64 Создание потоков
    • 65 Потоки в ядре
  • 66 Завершение процесса
    • 68 Удаление дескриптора процесса
    • 68 Дилемма «беспризорного» процесса
  • 70 Резюме
• 73 Глава 4. Системный планировщик и диспетчеризация процессов
  • 73 Мультипрограммный режим работы
  • 75 Системный планировщик Linux
  • 76 Стратегия планирования
    • 76 Процессы, ориентированные на ввод-вывод и на вычисления
    • 77 Приоритет процессов
    • 78 Кванты времени
    • 79 Стратегия планирования в действии
  • 80 Алгоритм работы планировщика системы Linux
    • 80 Классы планировщика
    • 81 Планирование процессов в системах Unix
    • 83 Справедливое планирование задач
  • 85 Реализация планировщика в системе Linux
    • 85 Учет времени
    • 87 Выбор процесса
    • 91 Точка входа в планировщик
    • 92 Замораживание и активизация процессов
  • 96 Вытеснение и переключение контекста
    • 97 Вытеснение пространства пользователя
    • 98 Вытеснение пространства ядра
  • 99 Стратегии планирования в режиме реального времени
  • 100 Системные функции для управления планировщиком
    • 101 Системные функции для изменения стратегии и приоритета
    • 101 Системные функции для изменения привязки к процессору
    • 102 Передача процессорного времени другим задачам
  • 102 Резюме
• 103 Глава 5. Системные функции
  • 103 Взаимодействие с ядром
  • 104 API, POSIX и библиотека C
  • 105 Системные функции
    • 106 Номера системных функций
    • 107 Быстродействие системных функций
  • 107 Обработчик вызова системных функций
    • 108 Как определить, какую системную функцию вызвать
    • 109 Передача параметров
  • 109 Реализация системных функций
    • 109 Разработка системных функций
    • 110 Проверка параметров
  • 113 Контекст системной функции
    • 114 Завершающие этапы регистрации системной функции
    • 116 Доступ к системным функциям из пользовательских приложений
    • 117 Почему не нужно создавать системные функции
  • 118 Резюме
• 119 Глава 6. Структуры данных ядра
  • 119 Связанные списки
    • 120 Однонаправленный и двунаправленный связанный список
    • 120 Циклически связанные списки
    • 121 Перемещение по элементам связанного списка
    • 122 Реализация в ядре Linux
    • 124 Работа со связанными списками
    • 127 Обход элементов связанного списка
  • 130 Очереди
    • 131 Система kfifo
    • 132 Создание очереди
    • 132 Постановка в очередь
    • 132 Выборка из очереди
    • 133 Определение размера очереди
    • 133 Очистка и удаление очереди
    • 134 Примеры использования очередей
  • 134 Таблицы отображения
    • 135 Инициализация структуры idr
    • 135 Выделение нового UID
    • 137 Поиск UID
    • 137 Удаление UID
    • 137 Аннулирование idr
  • 138 Двоичные деревья
    • 138 Двоичные деревья поиска
    • 139 Самобалансирующиеся двоичные деревья поиска
    • 139 Красно-черные деревья
    • 140 Реализация в Linux
  • 142 Какие структуры данных следует использовать, если
  • 143 Алгоритмическая сложность
    • 143 Что такое алгоритм?
    • 144 Понятие большого «О»
    • 144 Понятие большой «тета»
    • 145 Временная сложность алгоритма
  • 146 Резюме
• 147 Глава 7. Прерывания и их обработка
  • 147 Прерывания
  • 149 Обработчики прерываний
  • 150 Верхняя и нижняя половины
  • 150 Регистрация обработчика прерывания
    • 151 Флаги обработчика прерываний
    • 152 Остальные параметры функции обработки прерывания
    • 153 Пример обработчика прерывания
    • 153 Освобождение обработчика прерывания
  • 154 Написание обработчика прерывания
    • 155 Обработчики общих запросов на прерывание
    • 156 Пример настоящего обработчика прерывания
  • 158 Контекст прерывания
  • 159 Реализация системы обработки прерываний
  • 162 Интерфейс /proc/interrupts
  • 163 Управление прерываниями
    • 164 Запрещение и разрешение прерываний
    • 165 Запрещение заданной линии IRQ
    • 166 Состояние системы обработки прерываний
  • 167 Резюме
• 169 Глава 8. Нижняя половина обработчика и отложенные действия
  • 170 Нижняя половина
    • 171 Когда используется нижняя половина обработчика
    • 171 Многообразие нижних половин
  • 174 Отложенные прерывания
    • 175 Реализация механизма отложенных прерываний
    • 177 Использование отложенных прерываний
  • 179 Тасклеты
    • 179 Реализация тасклетов
    • 182 Использование тасклетов
    • 184 Демон ksoftirqd
    • 186 Старый механизм BH
  • 187 Очереди отложенных действий
    • 188 Реализация очередей отложенных действий
    • 191 Использование очередей отложенных действий
    • 194 Старый механизм очередей задач
  • 195 Какие механизмы обработчиков нижних половин следует использовать
  • 196 Блокировки между нижними половинами обработчиков
  • 197 Запрещение обработки нижних половин
  • 199 Резюме
• 201 Глава 9. Общие сведения о синхронизации кода ядра
  • 202 Критические участки и конфликты из-за доступа к системным ресурсам
    • 202 Зачем вообще нужно что-то защищать?
    • 204 Общая переменная
  • 205 Блокировки
    • 207 Причины возникновения параллелизма
    • 209 Что нужно защищать?
  • 210 Взаимоблокировки
  • 213 Конфликт при блокировке и масштабируемость
  • 215 Резюме
• 217 Глава 10. Средства синхронизации ядра
  • 217 Неделимые операции
    • 218 Неделимые целочисленные операции
    • 222 64-разрядные неделимые операции
    • 223 Неделимые битовые операции
  • 225 Спин-блокировки
    • 227 Функции для спин-блокировки
    • 229 Другие средства работы со спин-блокировками
    • 230 Спин-блокировки и нижние половины обработчиков прерываний
  • 230 Спин-блокировки по чтению-записи
  • 233 Семафоры
    • 234 Счетные и бинарные семафоры
    • 235 Создание и инициализация семафоров
    • 236 Использование семафоров
  • 237 Семафоры для чтения-записи
  • 238 Мьютексы
    • 240 Сравнение семафоров и мьютексов
    • 240 Сравнение спин-блокировок и мьютексов
  • 241 Условные переменные
  • 242 BKL: большая блокировка ядра
  • 243 Последовательные блокировки
  • 245 Отключение мультипрограммного режима работы ядра
  • 247 Порядок выполнения операций и барьеры
  • 251 Резюме
• 253 Глава 11. Таймеры и управление временем
  • 254 Основная идея учета времени в ядре
  • 255 Частота импульсов таймера: директива HZ
    • 256 Идеальное значение параметра HZ
    • 257 Преимущества больших значений параметра HZ
    • 258 Недостатки больших значений параметра HZ
  • 259 Переменная jiffies
    • 260 Внутреннее представление переменной jiffies
    • 261 Переполнение переменной jiffies
    • 263 Пользовательские программы и параметр HZ
  • 264 Аппаратные часы и таймеры
    • 264 Часы реального времени
    • 264 Системный таймер
  • 265 Обработчик прерываний от таймера
  • 267 Абсолютное время
  • 269 Таймеры
    • 270 Использование таймеров
    • 272 Конфликты из-за доступа к ресурсам при использовании таймеров
    • 272 Реализация таймеров
  • 273 Задержка выполнения
    • 273 Задержка с помощью цикла
    • 274 Короткие задержки
    • 276 Функция schedule_timeout()
  • 278 Резюме
• 279 Глава 12. Управление памятью
  • 279 Страничная организация памяти
  • 281 Зоны
  • 284 Выделение страниц памяти
    • 284 Выделение обнуленных страниц памяти
    • 285 Освобождение страниц памяти
  • 286 Функция kmalloc()
    • 287 Флаги gfp_mask
    • 292 Функция kfree()
  • 292 Функция vmalloc()
  • 294 Уровень блочного распределения памяти
    • 295 Структура уровня блочного распределения памяти
    • 298 Интерфейс блочного распределителя памяти
    • 300 Пример использования блочного распределителя памяти
  • 301 Статическое выделение памяти в стеке
    • 302 Одностраничные стеки ядра
    • 303 Справедливое использование стека
  • 303 Отображение верхней памяти
    • 303 Постоянное отображение
    • 304 Временное отображение
  • 305 Выделение памяти для конкретного процессора
  • 306 Новый интерфейс percpu
    • 306 Работа с процессорными данными на этапе компиляции
    • 307 Работа с процессорными данными на этапе выполнения
    • 308 Когда лучше использовать данные, связанные с процессорами
  • 309 Выбор способа выделения памяти
  • 310 Резюме
• 311 Глава 13. Виртуальная файловая система
  • 312 Общий интерфейс файловых систем
  • 312 Абстрактный уровень файловой системы
  • 314 Файловые системы Unix
  • 315 Объекты VFS и их структуры данных
  • 317 Объект суперблок
    • 318 Операции суперблока
  • 320 Объект inode
    • 322 Операции с файловыми индексами
  • 325 Объект элемента каталога (dentry)
    • 326 Состояние элементов каталога
    • 327 Кеш объектов dentry
    • 328 Операции с элементами каталогов
  • 329 Файловый объект
    • 330 Файловые операции
  • 335 Структуры данных, связанные с файловыми системами
  • 337 Структуры данных, связанные с процессом
  • 339 Резюме
• 341 Глава 14. Уровень блочного ввода-вывода
  • 342 Структура блочного устройства
  • 343 Буферы и их заголовки
  • 346 Структура bio
    • 347 Векторы ввода-вывода
    • 348 Сравнение старой и новой реализаций
  • 349 Очереди запросов
  • 350 Планировщики ввода-вывода
    • 350 Задачи планировщика ввода-вывода
    • 351 Лифт имени Линуса
    • 353 Планировщик ввода-вывода с ограничением по времени
    • 355 Прогнозирующий планировщик ввода-вывода
    • 356 Планировщик ввода-вывода с полностью равноправными очередями
    • 357 Планировщик ввода-вывода с отсутствием операций (Noop)
    • 357 Выбор планировщика ввода-вывода
  • 358 Резюме
• 359 Глава 15. Адресное пространство процесса
  • 359 Адресные пространства
  • 361 Дескриптор памяти
    • 363 Выделение дескриптора памяти
    • 363 Удаление дескриптора памяти
    • 364 Структура mm_struct и потоки ядра
  • 364 Области виртуальной памяти
    • 365 Флаги областей VMA
    • 367 Операции с областями VMA
    • 368 Списки и деревья областей памяти
    • 369 Области памяти в реальных приложениях
  • 371 Работа с областями памяти
    • 371 Функция find_vma()
    • 372 Функция find_vma_prev()
    • 372 Функция find_VMA_intersection()
  • 373 Функции mmap() и do_mmap(): создание диапазона адресов
  • 375 Функции munmap() и do_munmap(): удаление диапазона адресов
  • 375 Таблицы страниц
  • 377 Резюме
• 379 Глава 16. Страничный кеш и отложенная запись страниц
  • 380 Методики кеширования
    • 380 Кеширование при записи
    • 381 Вытеснение данных из кеша
  • 383 Реализация страничного кеша в ОС Linux
    • 383 Объект address_space
    • 385 Операции объекта address_space
    • 387 Базисное дерево
    • 387 Старая хеш-таблица страниц
  • 388 Буферный кеш
  • 388 Потоки синхронизатора
    • 390 Режим ноутбука
    • 391 Экскурс в историю: bdflush, kupdated и pdflush
    • 392 Предотвращение перегрузки с помощью нескольких потоков
  • 393 Резюме
• 395 Глава 17. Устройства и модули
  • 395 Типы устройств
  • 396 Модули
    • 397 Модуль «Hello, World!»
    • 398 Сборка модулей
    • 401 Установка модулей
    • 401 Генерация зависимостей между модулями
    • 401 Загрузка модулей
    • 402 Поддержка параметров конфигурации
    • 404 Параметры модулей
    • 406 Экспортируемые символы
  • 407 Модель представления устройств
    • 408 Объекты kobject
    • 409 Типы ktype
    • 410 Множества объектов kset
    • 410 Взаимосвязь kobject, ktype и kset
    • 411 Управление и работа с объектами kobject
    • 412 Счетчики ссылок
    • 414 Файловая система sysfs
  • 417 Добавление и удаление объектов файловой системы sysfs
  • 418 Добавление файлов в файловую систему sysfs
  • 421 Уровень событий ядра
  • 423 Резюме
• 425 Глава 18. Отладка
  • 425 Начало работы
  • 426 Ошибки ядра
  • 427 Отладка с помощью вывода диагностических сообщений
    • 427 Устойчивость
    • 428 Уровни вывода сообщений ядра
    • 429 Буфер сообщений ядра
    • 429 Демоны syslogd и klogd
    • 430 Взаимозаменяемость функций printf() и printk()
  • 430 Сообщения Oops
    • 431 Утилита ksymoops
    • 432 Функция kallsyms
  • 433 Параметры конфигурации для отладки ядра
  • 433 Объявление об ошибках и выдача информации
  • 434 «Магическая» клавиша <SysRq>
  • 435 Сага об отладчике ядра
    • 436 Отладчик gdb
    • 436 Отладчик kgdb
  • 437 Исследование и тестирование системы
    • 437 Использование идентификатора UID в качестве условия
    • 437 Использование условных переменных
    • 438 Использование статистики
    • 438 Ограничение частоты следования и общего количества событий при отладке
  • 439 Поиск методом половинного деления изменений, приводящим к ошибкам
  • 440 Поиск с помощью git
  • 441 Если ничто не помогает — обратитесь к сообществу
  • 441 Резюме
• 443 Глава 19. Переносимость
  • 443 Переносимые операционные системы
  • 445 История переносимости Linux
  • 446 Размер машинного слова и типы данных
    • 449 Скрытые типы данных
    • 449 Специальные типы данных
    • 450 Типы с явным указанием размера
    • 451 Знаковые и беззнаковые типы char
  • 451 Выравнивание данных
    • 452 Как избежать проблем с выравниванием
    • 452 Выравнивание нестандартных типов данных
    • 453 Пустые поля структур
  • 454 Порядок следования байтов
  • 456 Учет времени
  • 457 Размер страницы памяти
  • 458 Порядок выполнения операций процессором
  • 458 Многопроцессорность, мультипрограммирование и верхняя память
  • 459 Резюме
• 461 Глава 20. Заплаты, хакерство и сообщество
  • 461 Сообщество
  • 462 Стиль написания исходного кода
    • 462 Отступы
    • 463 Оператор switch
    • 463 Пробелы
    • 464 Фигурные скобки
    • 465 Длина строки исходного кода
    • 466 Соглашения о присвоении имен
    • 466 Функции
    • 466 Комментарии
    • 467 Использование директивы typedef
    • 468 Использование того, что уже есть
    • 468 Избегайте директив ifdef в исходном коде
    • 468 Инициализация структур
    • 469 Исправление ранее написанного кода
  • 469 Организация команды разработчиков
  • 470 Отправка сообщений об ошибках
  • 470 Заплаты
    • 470 Генерация заплат
    • 471 Генерирование заплат с помощью программы Git
    • 472 Публикация заплат
  • 473 Резюме
• 475 Список литературы
  • 475 Книги по основам построения операционных систем
  • 476 Книги о ядре Unix
  • 476 Книги о ядре Linux
  • 476 Книги о ядрах других операционных систем
  • 477 Книги по API Unix
  • 477 Книги по программированию на языке C
  • 477 Другие работы
  • 478 Веб-сайты
• 479 Предметный указатель