《ARM Linux内核源码剖析》

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作者: 尹锡训
出版社: 人民邮电出版社
译者: 崔范松
出版年: 2014-7-1
页数: 518
定价: 99.00元
装帧: 平装
ISBN: 9787115359100

内容简介  · · · · · ·

内核源代码构建系统

ARM处理器结构

构建高效分析环境

汇编级启动过程

内核分析常用API、ARM指令、GAS关键词

发生中断到调用处理器的详细过程

本书是多位作者在3年Liunx内核分析经验和庞大资料基础上写成的，收录了其他同类书未曾讲解的内容并进行逐行分析，一扫当前市场中其他理论书带给读者的郁闷。书中详细的代码分析与大量插图能够使读者对Linux内核及ARM获得正确认识，自然而然习得如何有效分析定期发布的Linux内核。

本书适合想从Linux内核启动开始透彻分析全部启动过程的读者，因Linux代码量庞大而束手无策的人、想要了解Linux实际运行过程的人、渴求OS实操理论的人，本书必将成为他们不可或缺的参考书。

作者简介  · · · · · ·

作者简介：

尹锡训

mindwave@nate.com

所在公司的主营业务是在Linux、安卓系统上制作无线终端，担任工程师已有3年。一直用C语言、Python、Java开发各种产品。最近把对未来的期待、展望与精力集中到Linux内核以及创业上，并不断为之努力。

崔范松

吉林人，毕业于长春工业大学法学专业。大量接触并翻译过各类计算机图书及相关资料，并从事过游戏策划及软件测试工作。喜欢散步、旅游等户外运动，梦想成为一名自由职业者。

目录  · · · · · ·

第一部分　ARM Linux内核——分析内核前需要做的准备
第1章　内核介绍及2.6版和3.2版 之间的差异　　2
1.1 　内核的诞生、作用以及内部结构　　2
1.1.1 　Linus创造的Linux　　2
1.1.2 　由多种子系统集成运行的单内核　　3
1.1.3 　全世界最著名的通用操作系统　　5
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第一部分　ARM Linux内核——分析内核前需要做的准备
第1章　内核介绍及2.6版和3.2版 之间的差异　　2
1.1 　内核的诞生、作用以及内部结构　　2
1.1.1 　Linus创造的Linux　　2
1.1.2 　由多种子系统集成运行的单内核　　3
1.1.3 　全世界最著名的通用操作系统　　5
1.2 　内核2.6版和3.2版之间的差异　　5
第2章　内核构建系统　　8
2.1 　内核初始化　　8
2.2 　内核配置　　9
2.3 　内核构建　　11
2.4 　内核安装　　17
第3章　了解ARM处理器　　19
3.1 　处理器概要和特征　　19
3.2 　处理器架构与核心　　19
3.3 　处理器命名规则　　21
3.4 　处理器内部结构　　21
3.5 　处理器模式和寄存器　　23
3.6 　处理器异常　　25
3.7 　硬件扩展功能　　26
3.7.1 　缓存　　26
3.7.2 　内存管理装置　　26
3.7.3 　协处理器　　26
第4章　构建分析环境　　28
4.1 　下载并安装Linux源内核　　28
4.1.1 　下载源内核　　28
4.1.2 　安装源内核　　30
4.2 　安装ctags+cscope　　31
4.2.1 　用ctags制作源代码标签　　31
4.2.2 　制作cscope标签数据库　　33
4.3 　vim插件下载及环境设置　　34
4.3.1 　下载vim插件　　34
4.3.2 　vim+plugin的环境结构　　37
4.3.3 　vim环境设置　　38
4.4 　查看源码分析环境工具　　40
第二部分　内核的启动——start_kernel调用方法
第5章　准备解压内核　　48
5.1 　进入启动加载后结束首个启动——start 标签　　49
5.2 　BSS系统域初始化——not_relocated 标签　　50
5.3 　激活缓存——cache_on 标签　　53
5.4 　页目录项初始化——__setup_mmu 标签　　56
5.5 　指令缓存激活及缓存策略适用——__common_mmu_cache_on 标签　　58
第6章　从压缩的内核zImage 还原内核映像　　60
6.1 　解压内核并避免覆写——wont_overwrite、decompress_kernel标签　　61
6.2 　调用已解压内核——call_kernel标签　　62
6.3 　缓存清理及清除——cache_clean_flush 标签　　62
6.4 　缓存禁用——cache_off 标签　　64
第7章　调用start_kernel()　　65
7.1 　初始化指向——stext标签　　65
7.2 　处理器信息搜寻——__look_processor_type　　69
7.2.1 　__lookup_processor_type标签　　69
7.2.2 　__proc_info_begin和__proc_info_end中保存的信息　　71
7.2.3 　在MMU禁用状态下将虚拟地址转换为物理地址　　73
7.2.4 　查找proc_info_list 结构体并比较处理器信息　　74
7.3 　搜寻我的机型——__lookup_machine_type　　75
7.3.1 　__lookup_machine_type标签　　75
7.3.2 　保存在__arch_info_begin和__arch_info_end中的machine_desc信息及访问路径　　76
7.3.3 　查找machine_desc结构体并比较机器信息　　77
7.4 　源自启动加载项的atags——__vet_atags标签　　78
7.5 　对虚拟内存进行基础创建——__create_page_tables标签　　81
7.6 　设置核心（core）——v6_setup标签　　85
7.7 　打开MMU并使用虚拟地址——__enable_mmu/__turn_mmu_on标签　　86
7.8 　跳转至start_kernel——__mmap_switched 标签　　90
第三部分　内核的执行——内核的起始与结束位置
第8章　start_setup_processor_id()~lock_kernel()　　94
8.1 　smp_setup_processor_id()、lockdep_init()、debug_objects_early_init()　　95
8.1.1 　smp_setup_processor_id()　　95
8.1.2 　lockdep_init()　　95
8.1.3 　debug_objects_early_init()　　96
8.2 　栈溢出感应——__boot_init_stack_canary　　98
8.3 　初始化提供进程集成方法的cgroup——__cgroup_init_early()　　98
8.3.1 　cgroupfs_root和cgroup的关联初始化——init_cgroup_root()　　102
8.3.2 　初始化子系统——cgroup_init_subsys()　　103
8.4 　禁用IRQ　　104
8.5 　early_boot_irqs_off()、early_init_irq_lock_class()　　104
8.6 　大内核锁——lock_kernel()　　106
第9章　注册针对时钟事件的处理器　　111
9.1 　函数的声明和定义——tick_init()　　111
9.2 　注册处理事件的处理器——_clockevents_register_notifier()　　113
9.2.1　　为clockevents_lock添加自旋锁　　114
9.2.2　　clockevents_chain生成原理　　115
9.2.3　　在clockevents_chain中注册tick_notifier的方法　　116
9.2.4　　对clockevents_lock解除自旋锁的原理　　117
第10章　在CPU位图中注册当前运行CPU/初始化HIGHMEM管理　　119
10.1 　在包含热插拔信息的位图上添加执行init_task的CPU——boot_cpu_init()　　119
10.2 　管理高端内存——page_address_init()　　121
第11章　整体指向——setup_arch　　123
第12章　unwind_init()~early_trap_init()　　126
12.1 　栈回溯——unwind_init()　　126
12.2 　求出包含机器信息的machine_desc结构体——setup_machine()　　126
12.3 　处理ATAG信息——setup_arch()　　127
12.4 　处理启动参数——parse_cmdline()　　129
12.5 　构建源代码树——request_standard_resources()　　131
12.6 　初始化cpu possible位图——smp_init_cpus()　　136
12.7 　用栈指定各ARM异常模式——cpu_init()　　137
12.8 　初始化以处理异常——early_trap_init()　　138
12.9 　查看中断处理器函数　　143
12.9.1 　调用IRQ处理器——asm_do_IRQ()　　147
12.9.2 　返回中断之前——ret_to_user标签　　147
第13章　设置处理器—— setup_processor()　　150
13.1 　查看setup_processor()结构　　150
13.2 　查找CPU ID——read_cpuid_id()　　151
13.3 　查找处理器信息——lookup_processor_type()　　153
13.4 　查找处理器结构信息——cpu_architecture()　　153
13.5 　查找处理器缓存类型_cacheid_init()　　156
13.6 　调用处理器初始化函数——cpu_proc_init()　　160
第14章　准备内存分页—— paging_init()　　163
14.1 　查看paging_init()的整体结构　　163
14.2 　设置内存类型表——build_mem_type_table()　　165
14.3 　检验内存信息——sanity_check_meminfo()　　166
14.4 　准备页表——prepare_page_table()　　168
14.4.1 　prepare_page_table()　　168
14.4.2 　Linux的分页结构　　170
14.4.3 　求出页目录项　　170
14.4.4 　pmd_clear()　　172
14.5 　设备区域映射准备——devicemaps_init()　　174
14.6 　准备使用高端内存——kmap_init()　　177
14.7 　初始化零页　　178
14.7.1 　分配内存——__alloc_bootmem_nopanic()　　179
14.7.2 　在指定节点使用fallback分配内存——alloc_bootmem_core　　180
14.7.3 　将虚拟地址变换为page结构体——virt_to_page　　182
14.8 　保持数据缓存一致性——flush_dcache_page()　　182
第15章　在启动时初始化内存分配器　　184
15.1 　bootmem函数流和数据结构　　185
15.2 　查看bootmem_init()结构　　188
15.3 　查找虚拟内存盘位置——check_initrd()　　189
15.4 　将节点的BANK信息反映到页目录——bootmem_init_node()　　191
15.4.1 　map_memory_bank()　　192
15.4.2 　bootmem_bootmap_pages()　　195
15.4.3 　find_bootmap_pfn()　　196
15.4.4 　node_set_online()　　197
15.4.5 　NODE_DATA宏　　198
15.4.6 　init_bootmem_node()　　200
15.4.7 　free_bootmem_node()　　202
15.4.8 　reserve_bootmem_node()　　202
15.5 　排除0号节点——reserve_node_zero()　　203
15.6 　排除虚拟内存盘节点——bootmem_reserve_initrd()　　204
15.7 　设置为无可用页——bootmem_free_node()　　205
15.8 　初始化free_area区域　　207
15.8.1 　free_area结构体　　207
15.8.2 　free_area_init_node()　　208
15.8.3 　free_area_init_core()　　209
15.8.4 　init_currently_empty_zone()　　211
15.8.5 　memmap_init()　　212
第16章　mm_init_owner()~preempt_disable()　　217
16.1 　设置内存拥有者——mm_init_owner()　　217
16.2 　保存命令行——setup_command_line()　　218
16.3 　初始化per-cpu数据——setup_per_cpu_areas()　　219
16.4 　求CPU个数——setup_nr_cpu_ids()　　221
16.5 　注册SMP上的启动进程——smp_prepare_boot_cpu()　　222
16.6 　初始化数据结构以使用调度程序——sched_init()　　224
16.6.1 　为集合调度中使用的task_group的sched_entity结构体和runqueue结构体分配内存　　224
16.6.2 　初始化root_domain、rt_bandwidth、task_group相关数据结构　　227
16.6.3 　初始化系统上所有可用CPU的就绪队列　　229
16.6.4 　初始化当前任务的调度相关值与注册针对负载均衡的中断处理器　　230
16.7 　允许内核抢占和阻止抢占——preempt_enable()/preempt_disable()　　231
第17章　构建借用内存的后台　　233
17.1 　在build_all_zonelists()中操作的一些数据结构　　233
17.2 　查看build_all_zonelists()结构　　235
17.3 　决定zone的列表方式——set_zonelist_order()　　236
17.4 　构建备用列表和备用位图——__build_all_zonelists()　　238
17.4.1 　build_zonelists()　　239
17.4.2 　build_zonelist_in_node_order()　　241
17.4.3 　build_zonelists_in_zone_order()　　243
17.4.4 　build_thisnode_zonelists()　　244
17.4.5 　build_zonelists_cache()　　244
17.5 　输出备用列表信息——mminit_verify_zonelist()　　246
17.6 　指定处理页分配请求的节点——cpuset_init_current_mems_allowed()　　246
17.7 　求空页数——nr_free_pagecache_pages()　　247
17.8 　页移动性　　250
第18章　page_alloc_init()~pidhash_init()　　253
18.1 　处理用于热插拔CPU的页——page_alloc_init()　　253
18.2 　处理console参数——parse_early_param()　　255
18.3 　处理特殊参数——parse_args()　　257
18.4 　确认中断处理是否激活——irqs_disable()　　260
18.5 　内核异常列表定义——sort_main_extable()　　261
18.6 　初始化RCU机制——rcu_init()　　263
18.7 　准备使用IRQ——early_irq_init()　　266
18.8 　初始化中断——init_IRQ()　　269
18.9 　构建迅速搜寻进程信息的结构——pidhash_init()　　271
第19章　init_timers()~page_cgroup _init()　　273
19.1 　初始化计时器——init_timers()　　274
19.1.1 　timers_cpu_notify()　　275
19.1.2 　register_cpu_notifier()　　275
19.1.3 　open_softirq()　　276
19.2 　初始化高分辨率计时器——hrtimers_init()　　277
19.3 　注册softirq的回调函数——softirq_init()　　280
19.4 　设置xtime——timekeeping_init()　　282
19.5 　初始化硬件计时器——time_init()　　285
19.6 　初始化时钟时间——sched_clock_init()　　286
19.7 　激活CPU的中断处理——local_irq_enable()　　288
19.8 　检测用作根文件系统的init虚拟内存盘　　288
19.9 　初始化以分配动态内存——vmalloc_init()　　289
19.10 　预先初始化目录项和索引节点缓存——vfs_caches_init_early()　　290
19.11 　初始化cpuset子系统——cpuset_init_early()　　293
19.12 　初始化内存子系统——page_cgroup_init()　　294
第20章　终止bootmem分配器并替换为伙伴系统　　297
20.1 　mem_init()函数的调用关系及其与数据结构的相互关系　　297
20.2 　查看mem_init()结构　　298
20.3 　记录到不存在的内存位图——free_unused_memmap_node()　　300
20.4 　移交至普通空白页伙伴系统——free_all_bootmem_node()　　301
20.4.1 　register_page_bootmem_info_node()　　301
20.4.2 　free_all_bootmem_core()　　303
20.4.3 　__free_pages_bootmem()　　305
20.4.4 　__free_pages()　　308
20.4.5 　free_hot_cold_page()　　308
20.4.6 　__free_pages_ok()　　309
20.5 　移交到高端内存空白页伙伴系统——free_area()　　314
第21章　初始化以支持CPU热插拔　　315
21.1 　初始化cpu_hotplug成员变量——cpu_hotplug_init()　　315
21.2 　CPU的联机→脱机转换处理　　316
第22章　激活slab内存分配器——kmem_cache_init()　　318
22.1 　slab分配器的概念及结构体　　318
22.2 　slab分配器的重要结构体——kmem_cache和kmem_list3　　319
22.3 　查看kmem_cache_init()结构　　322
22.4 　初始化initkmem_list3[]、cache_cache、nodelist[]　　326
22.5 　连接kmem_list3数组并决定cache压缩时间——set_up_list3s()　　328
22.6 　求出用于cache扩展/压缩的页顺序——cache_estimate()　　329
22.7 　malloc_sizes和cache_names　　332
22.8 　生成cache——kmem_cache_create()　　334
22.8.1 　kmem_cache_zalloc()　　336
22.8.2 　calculate_slab_order()　　337
22.8.3 　setup_cpu_cache()　　337
22.8.4 　enable_cpucache()　　339
22.9 　生成arraycache_init,kmem_list3 cache　　340
22.10 　用kmalloc()函数分配的内存替代静态分配的内存　　342
第23章　kmem_trace_init()~security_init()　　344
23.1 　生成ID alloccator缓存——idr_init_cache()　　345
23.2 　初始化pageset——setup_per_cpu_pageset()　　345
23.3 　指定交叉节点——numa_policy_init()　　350
23.4 　结束计时器初始化——late_time_init()　　353
23.5 　测定BogoMIPS——calibrate_delay()　　353
23.6 　制作位图以分配进程识别符（ID）——pidmap_init()　　354
23.7 　初始化优先树的数据结构——prio_tree_init()　　356
23.8 　生成anon_vma slab缓存——anon_vma_init()　　356
23.9 　为对象的每个用户赋予资格——cred_init()　　357
23.10 　初始化数据结构以使用fork()函数——fork_init()　　358
23.11 　初始化生成进程的缓存——proc_caches_init()　　359
23.12 　初始化缓冲缓存——buffer_init()　　361
23.13 　准备密钥——key_init()　　364
第24章　初始化VFS中使用的多种缓存——vfs_cache_init()　　367
第25章　radix_tree_init()~ftrace_init()　　382
25.1 　基数树相关数据结构初始化——radix_tree_init()　　383
25.2 　准备使用信号——signals_init()　　383
25.3 　注册并挂载proc文件系统——proc_root_init()　　384
25.4 　注册未能初始化的子系统——cgroup_init()　　385
25.5 　重置top_cpuset并注册cpuset文件系统——cpuset_init()　　386
25.6 　初始化任务统计信息接口——delayacct_init()　　387
25.7 　为管理延迟信息做准备——delayacct_init()　　388
25.7.1 　延迟审计　　388
25.7.2 　delayacct_init　　389
25.7.3 　task_delay_info结构体和delayacct_tsk_init()　　390
25.8 　检查写缓冲一致性——check_bugs()　　392
第26章　同步内存与后备存储——page write back　　394
26.1 　页回写机制　　394
26.2 　激活页回写——pdflush_init()　　395
26.3 　pdflush线程　　397
26.4 　指定页回写函数　　398
26.5 　周期性页回写和强制性页回写回调函数调用方法　　399
26.5.1 　周期性页回写函数——wb_kupdate()　　399
26.5.2 　强制性页回写函数——background_writeout()　　401
26.6 　初始化周期性页回写　　403
第27章　查看启动内核的最终函数结构——rest_init()　　405
第28章　生成执行函数的内核线程——kernel_thread()　　407
28.1 　查看kernel_thread()结构　　407
28.2 　生成处理器的网关——do_fork()　　408
28.3 　复制父进程——copy_process()　　411
第29章　唤醒新生成的任务　　419
29.1 　查看wake_up_new_task结构　　419
29.2 　获取任务的就绪队列——task_rq_lock()　　421
29.3 　改善任务的优先顺序——effective_prio()　　422
第30章　准备使用内核　　426
30.1 　将当前进程转移到其他CPU——sched_init_smp()　　427
30.2 　结束系统整体初始化——do_basic_setup()　　429
30.2.1 　生成执行rcu_sched_grace_period()的线程——rcu_init_sched()　　430
30.2.2 　生成events工作队列——init_workqueues　　430
30.2.3 　初始化cpuset子系统的top_cpuset——cpuset_init_smp()　　437
30.2.4 　生成khelper工作队列——usermodehelper_init()　　437
30.2.5 　初始化Linux的设备模型——driver_init()　　439
30.2.6 　在proc文件系统注册irq信息——init_irq_proc()　　446
30.2.7 　调用内核未知子系统——do_initcalls()　　448
30.3 　为初始化之后的操作做准备——init_post()　　451
第31章　内核线程守护进程　　453
31.1 　内核线程守护进程——kthreadd()　　453
31.2 　忽略信号——ignore_signals()　　456
31.3 　设置nice值——set_user_nice()　　458
31.4 　搜索执行任务的CPU——set_cpus_allowed_prt()　　463
31.5 　搜索包含列表的实际结构体位置——list_entry()　　464
31.6 　生成内核线程——create_kthread()　　466
第32章　find_task_by_pid_ns()~cpu_idle()　　469
32.1 　用PID搜索任务——find_task_by_pid_ns()　　470
32.2 　解除BKL——unlock_kernel()　　472
32.3 　将调度类变更为idle——init_idle_bootup_task()　　473
32.4 　RCU机制激活完成通知——rcu_scheduler_starting()　　473
32.5 　激活内核抢占——preempt_enable_no_resched()　　473
32.6 　执行进程调度表——schedule()　　474
32.7 　Linux启动万里长征的终点——cpu_idle()　　476
附 　 　录
附录A 　汇编语言、gas关键词总结　　480
附录B 　内核分析常见API　　485
附录C 　浅谈ext2文件系统　　487
附录D 　Linux线程模型　　497
附录E 　链接器脚本文件结构　　500
后记　　510
索引　　513
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"ARM Linux内核源码剖析"试读  · · · · · ·

分析Linux内核并将其编撰成册，这对我们来说是一项巨大的挑战。通过iamroot.org，我们在2009年5月举办了第一次以分析ARM Linux内核为目的的聚会。而且，完成第一次分析前的2年时间里，我们每周都是单休。身为工程师，能够亲自分析以前在书上接触过的操作系统代码，这让我们感到无比喜悦，可实际的分析过程却更要求我们耐心。 我们通过数年来对内核源代码分析的学习，依据整理好的iamr...

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