图解Linux内核（基于6.x）

全书共五篇，以从易到难的顺序详细剖析了Linux内核开发的核心技术。“知识储备篇”介绍了Linux的数据结构、中断处理、内核同步和时间计算等内容，这些是理解后续章节的前提；之后通过“内存管理篇”“文件系统篇”“进程管理篇”详细介绍了Linux的三大核心模块；最后的“综合应用篇”则融合了前面诸多模块知识展示了Linux内核开发在操作系统、智能设备、驱动、通信、芯片、云计算和人工智能等热点领域的应用。书中的重点、难点均配有图表、代码和实战案例，力求直观、清晰。 学习本书的读者需要熟悉C语言，建议对Linux内核有一定了解。推荐初学者按照本书的编排顺序阅读，而熟悉Linux内核的读者可以跳过知识储备篇，直接从三大核心模块篇进行阅读。 本书深入浅出、配图丰富，可作为Linux初中级读者系统学习Linux内核开发的指导手册，也可作为从事嵌入式、操作系统、Linux编程、驱动/内核开发，以及智能设备开发的工程师的案头指南和进阶工具书。

姜亚华 先后就职于华为、Intel、AMD、壁仞科技和曦智科技。 ?就职于华为期间，负责华为手机的Touch和Sensor的驱动和软件优化，包括Viva、D1、Mate1、Mate2和P2等。 ?就职于Intel期间，负责Intel安卓平台的Camera和Sensor的驱动，包括Baytrail、Cherrytrail、Cherrytrail CR和Sofia等。 ?就职于AMD期间，负责DMA、Interrupt、Semaphore等模块的优化和验证，包括Vega系列、Navi系列和多款APU产品。 ?在曦智科技负责多款产品的系统软件开发至今，包括PCIe驱动、设备固件和系统类库等。 一直从事与Linux内核和Linux系统编程相关的工作，研究内核代码十余年，对多数模块的细节如数家珍。

序 前言 知识储备篇 第1章Linux内核概述 1.1基于Linux的操作系统生态 1.2【图解】Linux工程师技能和领域 1.3内核代码结构 1.4【看图说话】Android操作系统 第2章数据结构和设计模式 2.1【图解】关系型数据结构 2.1.1一对一关系 2.1.2一对多关系 2.1.3多对多关系 2.2【图解】内核中常见的设计模式 2.2.1模板方法设计模式 2.2.2观察者设计模式 2.3【看图说话】input子系统第3章中断 3.1【图解】中断处理的软硬件分工 3.2中断的处理 3.2.1注册中断服务例程 3.2.2中断处理和返回 3.3软中断 3.3.1tasklet小任务 3.3.2timer定时器 3.4【看图说话】系统调用与程序优化 第4章Linux的时间 4.1数据结构 4.2时间的衡量 4.2.1时钟芯片 4.2.2时间的计算 4.3【图解】时钟中断 4.4【看图说话】timer和hrtimer内存管理篇 第5章内存寻址 5.1DRAM和MMIO 5.2【图解】内存分页 5.2.1寻址 5.2.2内存映射 5.3【看图说话】访问GPU的 Framebuffer 第6章物理内存的管理 6.1【图解】物理内存的布局 6.1.1【图解】node 6.1.2【图解】node的管理 6.2物理内存申请的三个阶段 6.2.1启动程序 6.2.2memblock分配器 6.2.3伙伴系统 6.3【看图说话】搭建管理物理内存的 系统 第7章虚拟内存的管理 7.1线性空间的划分 7.2【图解】内核线性空间布局 7.2.1直接映射区 7.2.2动态映射区 7.2.3永久映射区 7.2.4固定映射区 7.3用户空间内存映射mmap 7.3.1数据结构 7.3.2mmap的实现 7.4【看图说话】/dev/mem的巧用和限制 第8章内存管理进阶 8.1内存申请 8.1.1申请连续物理内存 8.1.2vmalloc的使用 8.2缓存 8.2.1TLB缓存 8.2.2内存缓存 8.3【图解】缺页异常 8.3.1异常的处理 8.3.2COW的精髓 8.4【看图说话】看似简单的malloc 第9章内存回收 9.1【图解】内存回收调用栈 9.2扫描过程的控制 9.3选择扫描对象 9.4扫描inactive链表 9.4.1页隔离 9.4.2folio的原理 9.4.3回收隔离页 9.4.4扫尾 9.5扫描active链表 9.6【看图说话】反向映射 9.6.1匿名映射的mapping 9.6.2文件映射的mapping文件系统篇 第10章虚拟文件系统 10.1数据结构 10.2【图解】文件系统的挂载 10.3文件查找 10.4文件操作 10.4.1软链接和硬链接 10.4.2创建和删除目录 10.4.3打开和关闭文件 10.4.4创建节点 10.4.5删除文件 10.5文件的IO 10.5.1读写 10.5.2ioctl操作 10.6【看图说话】proc文件系统 第11章sysfs文件系统 11.1基本框架 11.2数据结构 11.3创建文件 11.4文件的IO 11.5【看图说话】sysfs和驱动 第12章ext4文件系统 12.1【图解】ext4布局 12.2数据结构 12.2.1ext4_super_block结构体 12.2.2ext4_group_desc结构体 12.2.3ext4_inode结构体 12.2.4ext4_sb_info结构体 12.2.5ext4_inode_info结构体 12.3ext4的挂载 12.4【图解】ext4目录结构 12.4.1线性目录 12.4.2哈希树目录 12.4.3硬链接 12.5【图解】ext4文件的IO 12.5.1映射 12.5.2区段树 12.6【看图说话】文件的恢复进程管理篇 第13章进程 13.1概述 13.1.1数据结构 13.1.2扩展讨论 13.2进程的创建 13.2.1dup_task_struct函数 13.2.2复制creds 13.2.3设置时间 13.2.4sched_fork函数 13.2.5复制资源 13.2.6申请pid 13.2.7重要的杂项 13.3创建进程 13.3.1fork/vfork系统调用 13.3.2创建线程 13.3.3创建内核线程 13.4进程“三巨头” 13.5进程退出 13.5.1退出方式 13.5.2退出过程 13.5.3使用wait等待子进程 13.6【看图说话】Android的thread 目录图解Linux内核（基于6.x）第14章进程调度 14.1数据结构 14.2进程调度的过程 14.2.1进程被创建 14.2.2唤醒进程 14.2.3时钟中断 14.2.4进程切换 14.3stop调度类 14.4实时调度类 14.4.1优先级和抢占 14.4.2task_tick_rt函数 14.4.3选择下一个进程 14.5【图解】完全公平调度类 14.5.1task_fork_fair函数 14.5.2enqueue_task和check_preempt 14.5.3task_tick_fair函数 14.5.4进程切换 14.6最后期限调度类 14.7idle调度类 14.8进程优先级 14.9【看图说话】idle进程 第15章进程通信 15.1经典的管道 15.1.1创建pipe 15.1.2pipe的操作 15.1.3命名管道 15.2POSIX通信 15.2.1POSIX信号量 15.2.2POSIX共享内存 15.2.3POSIX消息队列 15.3XSI通信 15.3.1IPC对象的key和id 15.3.2XSI信号量 15.3.3XSI消息队列 15.3.4XSI共享内存 15.4【看图说话】多线程和多进程 第16章信号 16.1数据结构 16.2捕捉信号 16.3发送信号 16.4【图解】信号处理的过程 16.4.1处理信号的时机和方式 16.4.2处理信号后如何返回 16.5【看图说话】监控文件的IO综合应用篇 第17章玩转操作系统——程序的 执行 17.1【图解】elf文件 17.1.1概述 17.1.2文件格式 17.2exec函数族 17.2.1数据结构 17.2.2系统调用 17.3【看图说话】main函数的来龙去脉 第18章玩转操作系统——IO多路 复用 18.1select机制 18.2poll机制 18.3【图解】epoll 18.3.1数据结构 18.3.2epoll的使用 18.4【看图说话】改良管道通信 第19章玩转操作系统——Binder 通信 19.1【图解】Binder通信的原理 19.2Binder的流程 19.2.1ServiceManager进程管理 服务 19.2.2注册和获取服务 19.2.3服务的过程 19.3Binder的驱动 19.4【看图说话】使用Binder让设计变 清晰 第20章玩转驱动——Linux设备驱动 模型 20.1数据结构 20.2【图解】probe 20.3再论总线 20.4【看图说话】触摸屏的驱动 第21章玩转驱动——智能设备的 Camera 21.1Camera在智能设备中的应用 21.2【图解】V4L2架构 21.2.1数据结构 21.2.2ioctl操作 21.3Camera的核心ioctl操作 21.4【看图说话】安卓的Camera的架构 第22章玩转云计算、虚拟化—— KVM 22.1【图解】KVM原理 22.2KVM的实现 22.2.1硬件上的Intercept 22.2.2CPU虚拟化 22.3【看图说话】KVM和QEMU 第23章玩转云计算、虚拟化——设备 虚拟化 23.1【图解】virtio 23.1.1设备端实现 23.1.2驱动端实现 23.2【图解】VFIO 23.2.1原理 23.2.2VFIO驱动 23.3【看图说话】QEMU的virtio设备 附录 附录A内存初始化 A.1内存识别 A.2内存加入伙伴系统 A.3内存热插拔 附录B内核同步 B.1竞争 B.2同步原语 B.2.1每cpu变量 B.2.2volatile关键字 B.2.3屏障 B.2.4atomic变量 B.2.5禁中断 B.2.6禁抢占 B.2.7自旋锁 B.2.8读写锁 B.2.9顺序锁 B.2.10信号量 B.2.11互斥锁 B.2.12读-拷贝-更新 附录C内嵌汇编语言 C.1基本格式 C.2扩展格式 附录D链接脚本 D.1编译的基本过程 D.2内核的链接脚本