用"芯"探核 基于龙芯的Linux内核探索解析

Linux内核中龙芯3号的Maintainer十年磨一剑 基于MIPS/龙芯架构的Linux-5.x版本内核 立足龙芯而包罗万象 创造性地使用“树形视图”和“链式视图”来解析源代码 胡伟武/龙芯中科技术有限公司董事长 金海/CCF副理事长，华中科技大学教授 作序推荐

这是一本基于龙芯平台，结合Linux-5.4.x版本的内核源代码来解析Linux内核的书籍。本书首先介绍了有关龙芯处理器和Linux内核的基础知识，然后重点讲解了内核启动、异常与中断、内存管理、进程管理、显卡驱动、网卡驱动和电源管理这7大板块的内容。本书甚少涉及代码的细枝末节，而是重点关注代码实现的主干流程，并且创造性地引入了树形视图和链式视图这两种比流程图更好用的代码解析方法。本书适合Linux系统相关的开发人员，特别是基于龙芯处理器做内核开发的技术人员学习参考。

陈华才，博士，高级工程师。现任江苏航天龙梦信息技术有限公司副总工程师，负责龙芯3号处理器的内核开发。

第01章基础知识
1．1龙芯处理器简介002
1．1．1龙芯3号功能特征004
1．1．2龙芯3号处理器核008
1．1．3龙芯电脑基本结构015
1．2Linux内核简介018
1．2．1Linux内核发展简史019
1．2．2Linux内核的开发模式021
1．2．3关于长期维护稳定版025
1．2．4龙芯的内核版本选型025
1．3如何高效阅读代码027
1．3．1找准入口点028
1．3．2理清主脉络029
1．3．3顾名思义看功能040
1．3．4理解补丁文件042
1．4如何开发健壮内核045
1．4．1内核代码风格046
1．4．2合理生成补丁048
1．4．3谨慎对待创新049
第02章内核启动解析
2．1内核源代码目录结构054
2．2内核启动过程：主核视角055
2．2．1第一入口：kernel_entry056
2．2．2第二入口：start_kernel()063
2．2．3重要函数：setup_arch()070
2．2．4重要函数：trap_init()083
2．2．5重要函数：init_IRQ()087
2．2．6重要函数：time_init()092
2．2．71号进程：kernel_init()096
2．3内核启动过程：辅核视角104
2．3．1第一入口：smp_bootstrap105
2．3．2第二入口：start_secondary()107
2．4本章小结110
第03章异常与中断解析
3．1寄存器操作113
3．2异常处理解析114
3．2．1复位异常和NMI115
3．2．2缓存错误异常116
3．2．3TLB/XTLB异常117
3．2．4其他通用异常126
3．3中断处理解析137
3．3．1中断处理的入口137
3．3．2中断处理的分派140
3．4软中断、小任务与工作队列151
3．4．1软中断softirq151
3．4．2小任务tasklet154
3．4．3工作队列workqueue156
3．5本章小结159
第04章内存管理解析
4．1内存管理相关概念161
4．1．1龙芯3号的高速缓存161
4．1．2龙芯3号的TLB168
4．1．3龙芯的虚拟地址空间170
4．2物理内存页帧管理171
4．2．1物理地址空间177
4．2．2伙伴系统算法183
4．3内核内存对象管理201
4．3．1数据结构与API202
4．3．2核心函数解析209
4．4分页映射内存管理217
4．4．1持久内核映射221
4．4．2临时内核映射226
4．4．3非连续内存管理229
4．5进程地址空间管理241
4．5．1数据结构与API241
4．5．2内存映射250
4．5．3堆区管理257
4．5．4缺页异常处理258
4．6内存管理其他话题266
4．6．1反向映射267
4．6．2内存回收271
4．6．3巨页机制274
4．7本章小结275
第05章进程管理解析
5．1进程描述符278
5．1．1运行状态相关285
5．1．2标识调度相关289
5．1．3其他重要部分295
5．2进程创建296
5．2．1复制新进程296
5．2．2执行新程序308
5．3进程销毁314
5．3．1退出程序执行314
5．3．2清理进程资源317
5．4进程调度327
5．4．1基本概念328
5．4．2发展历史330
5．4．3公平调度策略334
5．4．4调度核心解析347
5．4．5进程切换解析360
5．5其他话题364
5．5．1CPU负载364
5．5．2调度域与调度组370
5．5．3NUMA均衡调度374
5．6本章小结380
第06章显卡驱动解析
6．1显卡概述382
6．1．1发展简史及有关概念382
6．1．2现代显卡的硬件结构385
6．2Linux图形系统架构388
6．2．1X-Window和Wayland388
6．2．2直接渲染、间接渲染和显卡驱动391
6．3Linux内核显卡驱动392
6．3．1寄存器读写393
6．3．2常用数据结构394
6．3．3显卡初始化411
6．3．4命令流处理435
6．3．5存储区域间数据交换439
6．3．6GPU重置（Reset）443
6．4本章小结446
第07章网卡驱动解析
7．1网络子系统概述448
7．2Linux以太网卡驱动449
7．2．1常用数据结构449
7．2．2网卡初始化452
7．2．3网卡的开与关456
7．2．4数据发送与接收457
7．2．5故障检测与修复（看门狗）466
7．3本章小结468
第08章电源管理解析
8．1电源管理概述470
8．2运行时电源管理473
8．2．1动态变频474
8．2．2自动调核488
8．3系统级睡眠管理507
8．3．1睡眠到内存（待机）509
8．3．2睡眠到磁盘（休眠）520
8．4本章小结527
附录A并发与同步原语
A．1内存屏障529
A．2每CPU变量533
A．3原子操作535
A．4开关抢占539
A．5自旋锁540
A．6顺序锁544
A．7信号量546
A．8互斥量548
A．9RCU机制549
A．10其他原语556
附录BLinux内核大事记
B．1史前时代560
B．2奇偶时代560
B．3快速演进时代562
B．4极速演进时代564
后记
参考文献