精通Linux内核：智能设备开发核心技术基于Linux内核5.x 浓缩数百万行代码_姜亚华_9787111639602

精通Linux内核：智能设备开发核心技术共五篇，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。*后的升华篇则融合了前面诸多模块展示了Linux内核开发在操作系统、智能设备、驱动、通信、芯片以及人工智能等热点领域的应用。书中的重点、难点均配以图表、代码和实战案例进行展示，有助于提高读者的动手操作能力。
精通Linux内核：智能设备开发核心技术的读者需要熟悉C语言，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第壹篇，直接从三大核心模块篇进行阅读。本书可作为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，以及智能设备开发等工作工程师的案头指南和进阶工具书。

2013年11月，我加入Intel，开始创作本书，最初决定在3.10版本的内核基础上写作，转眼间多年已逝，内核版本已经更新到5.x，本书也随之更新至5.05版本。少数讨论也涉及3.10版本的内容，保留它们主要是希望可以让读者看到内核的更新和优化思路。建议读者在阅读本书时，可以下载3.10和5.05两个版本的内核代码作为参考。
内容
本书分为以下五个部分。
知识储备篇：包括常见的数据结构、时间、中断处理和内核同步等内容，是后面几部分内容的学习基础，希望读者能够从中了解内核的概况，在后续章节中见到相关知识时不会感觉陌生。尤其是2.1关系型数据结构一节，它是理解其他章节数据结构间关系的基础。
内存管理篇：包括内存寻址、物理内存和线性内存空间的管理以及缺页异常等内容。希望读者能够从中学习到内存映射的原理，理解管理内存的过程，在调用内核提供的函数时能够明白内核为用户做了哪些操作。
文件系统篇：包括VFS的流程，sysfs、proc和devtmpfs文件系统的实现，ext4文件系统的解析。希望读者能够掌握文件系统的流程、文件操作的实现、sysfs等文件系统的特点以及ext4文件系统的原理。尤其是ext4文件系统，本书列举了大量的实操案例，希望读者可以理解它的精髓。
进程管理篇：包括进程原理、进程调度、信号处理、进程通信和程序执行等内容，希望读者能够掌握进程间的关系、进程调度的过程、进程通信的原理、信号的处理过程等。理解进程的创建过程尤为重要，它涵盖了进程实现的原理。
升华篇：包括I/O多路复用、input子系统、V4L2架构、Linux设备驱动模型、Binder通信和驱动的实现等内容。升华篇综合了前几部分的知识，希望读者可以掌握它们的原理，使用起来得心应手。
从难易程度来讲，这五部分内容是由浅入深的。本书仅罗列了关键或者复杂的代码，从它们包含的代码就可以得知难易程度。知识储备篇偏向工具和基础知识，以原理分析为主。内存管理、文件系统和进程管理篇是重心，代码量最大，这些代码一方面可以帮助读者理清整体的软件架构，另一方面方便读者在学习的时候不会因为手头没有代码而感到无从下手，最重要的是代码才是结论背后的真相，直接给出结论让技术变成了死记硬背的工具岂不无趣。
致谢
感谢我的研究生导师芦鹏宇，芦老师待人平和耐心，工作一丝不苟，帮助我在校时就树立了正确的做人和做事的方向。芦老师对技术不懈追求的态度，在我毕业时就已经深深烙在心里，并且始终影响着我。感谢芦老师，感谢规格严格，功夫到家的哈尔滨工业大学。这八字校训一直激励着我，无数个像芦老师一样的园丁用行动将它们教给我们这些学生。
感谢华为的陈栋，很幸运在我第一份工作中可以遇到一个对技术有信仰的前辈，他对技术不懈追求的态度让我在第一份工作中养成了良好的习惯。
感谢Intel的刘骏、徐杰、黄卫强、王龙和Foster，刘骏将我招入Intel，更开阔了我的视野，改变了我的人生轨迹。我曾经问他，他希望我在有余力的情况下学习些什么知识，他的回答是只要是学习，就会有帮助，无论什么。徐杰在我的工作中，对我信任有加，处处委以重任，让我在很短的时间内快速成长。
黄卫强和王龙是我在Intel的师傅（Buddy），在工作和生活中给了我很多建议，至今受用。Foster是BIOS和x86专家，帮助我快速地熟悉x86的原理。
感谢AMD的Winston、Gavin和Jennifer，让我在AMD学习到了很多芯片相关的知识，完成了本书的最后一环。Jennifer交给我具有挑战性的工作，让我在新的角色中快速成长。

序一
序二
前言
知识储备篇

第1章基于Linux内核的操作系统
1.1 处理器、平台和操作系统
1.2 以安卓为例剖析操作系统
1.2.1 安卓的整体架构
1.2.2 Linux内核的核心作用
1.3 内核整体架构
1.3.1 内核代码的目录结构
1.3.2 内核的核心模块及关联
1.4 实例分析
1.4.1 系统响应点击智能手机
触摸屏的过程
1.4.2 智能手机的传感器游戏
第2章数据结构的使用
2.1 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 位操作数据结构
2.3 模块和内核参数传递
2.3.1 内嵌通用数据结构
2.3.2 通用结构的私有变量
2.4 实例分析
2.4.1 模块的封装
2.4.2 火眼金睛：看破数据结构
第3章时间的衡量和计算
3.1 数据结构
3.2 时钟芯片
3.3 从内核的角度看时间
3.4 周期性和单触发的时钟中断
3.5 时间相关的系统调用
3.5.1 获取时间
3.5.2 给程序定个闹钟
3.6 实例分析
3.6.1 实现智能手机的长按操作
3.6.2 系统的时间并不如你所想
第4章中断和中断处理
4.1 处理器识别中断
4.2 处理中断
4.2.1 中断处理程序
4.2.2 中断服务例程
4.2.3 中断处理
4.3 中断返回
4.4 系统调用
4.5 软中断
4.5.1 原理
4.5.2 小任务tasklet
4.5.3 定时器
4.6 实例分析
4.6.1 使用中断向无人驾驶系统报告
紧急事件
4.6.2 使用watchdog预防无人机坠落
第5章内核同步
5.1 临界区的竞争
5.2 同步原语
5.2.1 每CPU变量
5.2.2 volatile关键字
5.2.3 屏障
5.2.4 atomic变量
5.2.5 禁中断
5.2.6 禁抢占
5.2.7 自旋锁
5.2.8 读写锁
5.2.9 顺序锁
5.2.10 信号量
5.2.11 互斥锁
5.2.12 读-拷贝-更新
5.3 实例分析
5.3.1 无人驾驶模式与人工驾驶模式的
切换
5.3.2 智能手机触摸屏的report和
suspend
第6章事件的同步与异步
6.1 事件的异步
6.2 事件的同步
6.2.1 等待一段时间
6.2.2 等待事件完成
6.3 实例分析
6.3.1 使用工作队列轮询无人车环境
感知数据
6.3.2 使用等待队列等待芯片
回复

内存管理篇

第7章内存寻址
7.1 处理器眼中的内存
7.2 内存分页
7.2.1 寻址：处理器的寻宝游戏
7.2.2 内存映射
7.3 实例分析
7.3.1 访问GPU的帧缓冲
7.3.2 MMIO的映射
第8章物理内存的管理
8.1 物理内存的组织形式
8.2 启动程序
8.3 memblock分配器
8.4 伙伴系统
8.4.1 数据结构
8.4.2 页的申请和释放
8.5 实例分析
8.5.1 构造一个内存管理系统
8.5.2 安卓的ION
第9章内存线性空间布局
9.1 线性空间划分
9.2 内核线性空间布局
9.2.1 直接映射区
9.2.2 动态映射区
9.2.3 永久映射区
9.2.4 固定映射区
9.3 mmap机制
9.3.1 函数原型
9.3.2 数据结构
9.3.3 mmap的实现
9.3.4 内存映射的总结
9.4 内存申请
9.4.1 得到物理内存
9.4.2 得到虚拟内存
9.5 实例分析
9.5.1 通过dev映射内存
9.5.2 几种不同的mmap映射方式
第10章内存管理进阶
10.1 处理器的缓存
10.1.1 TLB缓存
10.1.2 内存缓存
10.2 缺页异常
10.2.1 处理缺页异常
10.2.2 COW的精髓
10.3 实例分析
10.3.1 利用Cache的特性优化深度
学习开发
10.3.2 内核为molloc做了什么

文件系统篇

第11章文件系统
11.1 概念和数据结构
11.2 文件系统的挂载
11.3 查找文件
11.4 文件操作
11.4.1 创建和删除目录
11.4.2 打开和关闭文件
11.4.3 文件的链接
11.4.4 创建节点
11.4.5 删除文件
11.5 文件的IO
11.5.1 fcntl函数
11.5.2 文件的读写
11.5.3 ioctl函数
11.6 实例分析
11.6.1 包罗万象的proc文件系统
11.6.2 陌生又熟悉的devtmpfs
文件系统
第12章 sysfs文件系统
12.1 基本框架
12.2 数据结构
12.3 创建文件
12.4 文件的IO
12.5 实例分析
12.5.1 利用sysfs协助驱动调试
12.5.2 智能家居：自动调整灯光的
亮度和色温
第13章 ext4文件系统
13.1 概述
13.2 数据结构
13.2.1 ext4_super_block结构体
13.2.2 ext4_group_desc结构体
13.2.3 ext4_inode结构体
13.2.4 ext4_sb_info结构体
13.2.5 ext4_inode_info结构体
13.3 ext4的挂载
13.4 目录的结构
13.4.1 线性目录
13.4.2 哈希树目录
13.4.3 硬链接
13.5 文件的IO
13.5.1 映射
13.5.2 区段树
13.6 实例分析
13.6.1 恢复删除的文件并不神秘
13.6.2 文件系统的修复

进程管理篇

第14章进程
14.1 概述
14.1.1 数据结构
14.1.2 扩展讨论
14.2 进程的创建
14.2.1 dup_task_struct函数
14.2.2 复制creds
14.2.3 设置时间
14.2.4 sched_fork函数
14.2.5 复制资源
14.2.6 申请pid
14.2.7 重要的杂项
14.3 创建进程
14.3.1 fork/vfork系统调用
14.3.2 创建线程
14.3.3 创建内核线程
14.4 进程三巨头
14.5 进程退出
14.5.1 退出方式
14.5.2 退出过程
14.5.3 使用wait等待子进程
14.6 实例分析
14.6.1

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