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FreeBSD操作系統設計與實現(原書第2版)（簡體書）
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目次
商品簡介
本書由FreeBSD系統的三位引領者撰寫，在上一版基礎上做了大幅更新，涵蓋FreeBSD 5和FreeBSD 11之間的所有重大改進，如使用FreeBSD Jail的高度可擴展和輕量級虛擬化、使用Xen和Virtio設備半虛擬化的虛擬機加速、Capsicum沙箱和GELI加密磁盤保護以及DTrace內核調試技巧等。全書從接口到內核再到硬件逐層深入，詳細闡述實現每個重要系統組件――進程管理、安全、虛擬內存、I/O系統、文件系統、socket IPC和網絡等――所使用的概念、數據結構和算法。本書可以作為高等院校操作系統相關課程的教材或參考書，也可以作為系統開發人員和管理人員的學習指南。
名人/編輯推薦
由FreeBSD系統的三位引領者撰寫，視角專業，內容全面，涵蓋FreeBSD 5和FreeBSD 11之間的所有重大改進
目次
譯者序
前言
作者簡介
第一部分 概述
第1章 BSD系統的歷史和目標2
1.1 UNIX系統的歷史2
1.1.1 UNIX系統的起源2
1.1.2 Research小組的UNIX系統3
1.1.3 AT&T UNIX System Ⅲ和System V4
1.1.4 伯克利軟件發佈5
1.1.5 UNIX無處不在6
1.2 BSD和其他系統6
1.3 BSD向開放源代碼的轉變8
1.3.1 Networking Release 28
1.3.2 法律訴訟10
1.3.3 4.4BSD11
1.3.4 4.4BSD-Lite Release 211
1.4 FreeBSD的開發模式12
第2章 FreeBSD設計概述16
2.1 FreeBSD的功能和內核16
2.2 內核結構17
2.3 內核服務20
2.4 進程管理21
2.4.1 信號22
2.4.2 進程組和會話23
2.5 安全23
2.5.1 進程憑證24
2.5.2 特權模型25
2.5.3 自主訪問控制25
2.5.4 能力模型25
2.5.5 Jail輕型虛擬化26
2.5.6 強制訪問控制27
2.5.7 事件審計27
2.5.8 密碼學與隨機數生成器28
2.6 內存管理28
2.6.1 BSD內存管理設計要點29
2.6.2 內核中的內存管理30
2.7 I/O系統概述31
2.7.1 描述符與I/O31
2.7.2 描述符管理33
2.7.3 設備34
2.7.4 套接字IPC34
2.7.5 分散-收集I/O35
2.7.6 多文件系統支持35
2.8 設備36
2.9 快速文件系統36
2.10 Zettabyte文件系統40
2.11 網絡文件系統41
2.12 進程間通信41
2.13 網絡層協議42
2.14 傳輸層協議43
2.15 系統啟動和停止43
習題44
第3章 內核服務45
3.1 內核結構45
3.1.1 系統進程45
3.1.2 系統入口46
3.1.3 運行時的內核結構46
3.1.4 內核的入口48
3.1.5 從內核返回49
3.2 系統調用49
3.2.1 調用結果的處理49
3.2.2 從系統調用返回50
3.3 陷阱和中斷51
3.3.1 I/O設備中斷51
3.3.2 軟件中斷51
3.4 時鐘中斷52
3.4.1 統計和進程調度53
3.4.2 超時54
3.5 內存管理服務55
3.6 時間服務58
3.6.1 真實時間59
3.6.2 外部表示59
3.6.3 調整時間59
3.6.4 時間間隔60
3.7 資源服務60
3.7.1 進程優先級60
3.7.2 資源利用61
3.7.3 資源限制61
3.7.4 文件系統配額62
3.8 內核跟蹤工具62
3.8.1 系統調用跟蹤62
3.8.2 DTrace63
3.8.3 內核跟蹤66
習題68
第二部分 進程
第4章 進程管理70
4.1 進程管理概述70
4.1.1 多道程序設計71
4.1.2 調度72
4.2 進程狀態73
4.2.1 進程結構75
4.2.2 線程結構78
4.3 上下文切換79
4.3.1 線程狀態79
4.3.2 底層上下文切換80
4.3.3 主動上下文切換80
4.3.4 同步84
4.3.5 互斥鎖同步85
4.3.6 互斥鎖接口87
4.3.7 鎖同步88
4.3.8 死鎖預防89
4.4 線程調度91
4.4.1 低級調度器91
4.4.2 線程運行隊列和上下文切換92
4.4.3 分時線程調度93
4.4.4 多處理器調度98
4.4.5 自適應空閒100
4.4.6 傳統的分時線程調度100
4.5 創建進程101
4.6 終止進程102
4.7 信號103
4.7.1 發送信號106
4.7.2 傳輸信號108
4.8 進程組和會話110
4.8.1 進程組110
4.8.2 會話111
4.8.3 作業控制112
4.9 進程的調試114
習題116
第5章 安全性118
5.1 操作系統安全119
5.2 安全模型120
5.2.1 進程模型120
5.2.2 自主與強制訪問控制120
5.2.3 可信計算基121
5.2.4 其他內核安全特性121
5.3 進程憑證121
5.3.1 憑證結構122
5.3.2 憑證內存模型123
5.3.3 訪問控制校驗124
5.4 用戶和組124
5.5 特權模型126
5.5.1 隱式特權127
5.5.2 顯式特權127
5.6 進程間訪問控制128
5.6.1 可見性129
5.6.2 信號129
5.6.3 調度控制129
5.6.4 等待進程終止130
5.6.5 調試130
5.7 自主訪問控制130
5.7.1 虛擬文件系統接口與DAC131
5.7.2 對象屬主與組132
5.7.3 UNIX權限132
5.7.4 訪問控制列表134
5.7.5 POSIX.1e訪問控制列表136
5.7.6 NFSv4訪問控制列表138
5.8 Capsicum能力模型141
5.8.1 Capsicum應用體系結構142
5.8.2 能力系統142
5.8.3 能力143
5.8.4 能力模型145
5.9 Jail146
5.10 強制訪問控制框架151
5.10.1 強制策略151
5.10.2 設計的指導原則152
5.10.3 MAC框架的體系結構153
5.10.4 啟動框架154
5.10.5 策略註冊155
5.10.6 框架入口點設計考量155
5.10.7 策略入口點設計考量156
5.10.8 內核服務入口點調用157
5.10.9 策略組合158
5.10.10 給對象打標簽159
5.10.11 標簽的生命週期與存儲管理159
5.10.12 標簽同步162
5.10.13 從用戶空間進行策略無關的標簽管理163
5.11 安全事件審計163
5.11.1 審計事件與記錄164
5.11.2 BSM審計記錄與審計跟蹤165
5.11.3 內核審計的實現166
5.12 加密服務168
5.12.1 加密框架168
5.12.2 隨機數生成器170
5.13 GELI全磁盤加密173
5.13.1 機密性和完整性保護173
5.13.2 密鑰管理174
5.13.3 啟動GELI174
5.13.4 加密塊保護175
5.13.5 I/O模型176
5.13.6 不足176
習題177
第6章 存儲管理178
6.1 術語178
6.1.1 進程與內存179
6.1.2 調頁機制180
6.1.3 替換算法180
6.1.4 工作集模型181
6.1.5 交換機制181
6.1.6 虛擬內存的優點182
6.1.7 虛擬內存的硬件要求182
6.2 FreeBSD 虛擬內存系統概述183
6.3 內核的存儲管理185
6.3.1 內核映射和子映射186
6.3.2 內核地址空間的分配188
6.3.3 slab分配器190
6.3.4 keg分配器191
6.3.5 zone分配器192
6.3.6 內核malloc194
6.3.7 內核zone分配器196
6.4 進程獨立擁有的資源197
6.4.1 FreeBSD的進程虛擬地址空間197
6.4.2 缺頁處理199
6.4.3 映射到vm_object199
6.4.4 vm_object201
6.4.5 vm_object到頁面201
6.5 共享內存202
6.5.1 mmap模型203
6.5.2 共享映射205
6.5.3 私有映射205
6.5.4 壓縮影子鏈207
6.5.5 私有快照208
6.6 創建新進程209
6.6.1 預留內核資源210
6.6.2 複製用戶地址空間211
6.6.3 不通過複製創建新進程211
6.7 執行一個文件212
6.8 操作進程地址空間213
6.8.1 改變進程大小213
6.8.2 文件映射214
6.8.3 改變保護權限215
6.9 終止進程215
6.10 調頁器接口216
6.10.1 vnode調頁器218
6.10.2 設備調頁器219
6.10.3 物理內存調頁器220
6.10.4 交換調頁器221
6.11 調頁機制224
6.11.1 硬件高速緩存的設計228
6.11.2 硬件內存管理229
6.11.3 超級頁231
6.12 頁面替換235
6.12.1 調頁參數237
6.12.2 pageout守護進程237
6.12.3 交換機制240
6.12.4 換入進程242
6.13 可移植性243
6.13.1 pmap模塊的作用243
6.13.2 初始化和啟動245
6.13.3 分配和釋放映射248
6.13.4 改變映射的訪問和wiring屬性249
6.13.5 物理頁面使用信息的維護251
6.13.6 初始化物理頁面251
6.13.7 管理內部數據結構252
習題252
第三部分 I/O系統
第7章 I/O系統概述256
7.1 描述符管理和服務257
7.1.1 打開文件條目258
7.1.2 描述符管理260
7.1.3 異步I/O261
7.1.4 文件描述符鎖261
7.1.5 描述符的多路I/O複用263
7.1.6 select的實現265
7.1.7 kqueue和kevent267
7.1.8 數據在內核中的遷移269
7.2 本地進程間交互270
7.2.1 信號量272
7.2.2 消息隊列273
7.2.3 共享內存274
7.3 虛擬文件接口275
7.3.1 vnode的內容275
7.3.2 vnode的操作277
7.3.3 路徑名的轉換278
7.3.4 導出文件系統服務278
7.4 獨立於文件系統的服務279
7.4.1 名字緩存281
7.4.2 緩衝區管理282
7.4.3 緩衝區管理的實現284
7.5 可堆疊的文件系統285
7.5.1 簡單的文件系統層287
7.5.2 聯合文件系統288
7.5.3 其他文件系統290
習題291
第8章 設備292
8.1 設備概述292
8.1.1 PC I/O體系結構293
8.1.2 FreeBSD大容量存儲I/O子系統的結構295
8.1.3 設備命名和訪問296
8.2 從用戶到設備的I/O映射297
8.2.1 設備驅動程序298
8.2.2 I/O隊列299
8.2.3 中斷處理299
8.3 字符設備299
8.3.1 原始設備和物理I/O301
8.3.2 面向字符的設備302
8.3.3 字符設備驅動程序入口點302
8.4 磁盤設備303
8.4.1 磁盤設備驅動程序入口點303
8.4.2 磁盤I/O請求排序303
8.4.3 磁盤標簽304
8.5 網絡設備305
8.5.1 網絡設備驅動程序入口點306
8.5.2 配置與控制306
8.5.3 數據包接收307
8.5.4 數據包傳輸309
8.6 終端處理309
8.6.1 終端處理模式310
8.6.2 用戶接口312
8.6.3 進程組、會話和終端控制313
8.6.4 終端操作313
8.6.5 終端輸出（上半部分）314
8.6.6 終端輸出（下半部分）315
8.6.7 終端輸入315
8.6.8 關閉終端設備316
8.7 GEOM層316
8.7.1 術語和拓撲規則317
8.7.2 改變拓撲318
8.7.3 操作320
8.7.4 拓撲靈活性321
8.8 CAM層322
8.8.1 通過CAM子系統的SCSI I/O請求的路徑323
8.8.2 ATA磁盤325
8.9 設備配置325
8.9.1 設備標識327
8.9.2 自動配置數據結構329
8.9.3 資源管理333
8.10 設備虛擬化334
8.10.1 與虛擬機監控程序的交互335
8.10.2 Virt
前言
作者簡介
第一部分 概述
第1章 BSD系統的歷史和目標2
1.1 UNIX系統的歷史2
1.1.1 UNIX系統的起源2
1.1.2 Research小組的UNIX系統3
1.1.3 AT&T UNIX System Ⅲ和System V4
1.1.4 伯克利軟件發佈5
1.1.5 UNIX無處不在6
1.2 BSD和其他系統6
1.3 BSD向開放源代碼的轉變8
1.3.1 Networking Release 28
1.3.2 法律訴訟10
1.3.3 4.4BSD11
1.3.4 4.4BSD-Lite Release 211
1.4 FreeBSD的開發模式12
第2章 FreeBSD設計概述16
2.1 FreeBSD的功能和內核16
2.2 內核結構17
2.3 內核服務20
2.4 進程管理21
2.4.1 信號22
2.4.2 進程組和會話23
2.5 安全23
2.5.1 進程憑證24
2.5.2 特權模型25
2.5.3 自主訪問控制25
2.5.4 能力模型25
2.5.5 Jail輕型虛擬化26
2.5.6 強制訪問控制27
2.5.7 事件審計27
2.5.8 密碼學與隨機數生成器28
2.6 內存管理28
2.6.1 BSD內存管理設計要點29
2.6.2 內核中的內存管理30
2.7 I/O系統概述31
2.7.1 描述符與I/O31
2.7.2 描述符管理33
2.7.3 設備34
2.7.4 套接字IPC34
2.7.5 分散-收集I/O35
2.7.6 多文件系統支持35
2.8 設備36
2.9 快速文件系統36
2.10 Zettabyte文件系統40
2.11 網絡文件系統41
2.12 進程間通信41
2.13 網絡層協議42
2.14 傳輸層協議43
2.15 系統啟動和停止43
習題44
第3章 內核服務45
3.1 內核結構45
3.1.1 系統進程45
3.1.2 系統入口46
3.1.3 運行時的內核結構46
3.1.4 內核的入口48
3.1.5 從內核返回49
3.2 系統調用49
3.2.1 調用結果的處理49
3.2.2 從系統調用返回50
3.3 陷阱和中斷51
3.3.1 I/O設備中斷51
3.3.2 軟件中斷51
3.4 時鐘中斷52
3.4.1 統計和進程調度53
3.4.2 超時54
3.5 內存管理服務55
3.6 時間服務58
3.6.1 真實時間59
3.6.2 外部表示59
3.6.3 調整時間59
3.6.4 時間間隔60
3.7 資源服務60
3.7.1 進程優先級60
3.7.2 資源利用61
3.7.3 資源限制61
3.7.4 文件系統配額62
3.8 內核跟蹤工具62
3.8.1 系統調用跟蹤62
3.8.2 DTrace63
3.8.3 內核跟蹤66
習題68
第二部分 進程
第4章 進程管理70
4.1 進程管理概述70
4.1.1 多道程序設計71
4.1.2 調度72
4.2 進程狀態73
4.2.1 進程結構75
4.2.2 線程結構78
4.3 上下文切換79
4.3.1 線程狀態79
4.3.2 底層上下文切換80
4.3.3 主動上下文切換80
4.3.4 同步84
4.3.5 互斥鎖同步85
4.3.6 互斥鎖接口87
4.3.7 鎖同步88
4.3.8 死鎖預防89
4.4 線程調度91
4.4.1 低級調度器91
4.4.2 線程運行隊列和上下文切換92
4.4.3 分時線程調度93
4.4.4 多處理器調度98
4.4.5 自適應空閒100
4.4.6 傳統的分時線程調度100
4.5 創建進程101
4.6 終止進程102
4.7 信號103
4.7.1 發送信號106
4.7.2 傳輸信號108
4.8 進程組和會話110
4.8.1 進程組110
4.8.2 會話111
4.8.3 作業控制112
4.9 進程的調試114
習題116
第5章 安全性118
5.1 操作系統安全119
5.2 安全模型120
5.2.1 進程模型120
5.2.2 自主與強制訪問控制120
5.2.3 可信計算基121
5.2.4 其他內核安全特性121
5.3 進程憑證121
5.3.1 憑證結構122
5.3.2 憑證內存模型123
5.3.3 訪問控制校驗124
5.4 用戶和組124
5.5 特權模型126
5.5.1 隱式特權127
5.5.2 顯式特權127
5.6 進程間訪問控制128
5.6.1 可見性129
5.6.2 信號129
5.6.3 調度控制129
5.6.4 等待進程終止130
5.6.5 調試130
5.7 自主訪問控制130
5.7.1 虛擬文件系統接口與DAC131
5.7.2 對象屬主與組132
5.7.3 UNIX權限132
5.7.4 訪問控制列表134
5.7.5 POSIX.1e訪問控制列表136
5.7.6 NFSv4訪問控制列表138
5.8 Capsicum能力模型141
5.8.1 Capsicum應用體系結構142
5.8.2 能力系統142
5.8.3 能力143
5.8.4 能力模型145
5.9 Jail146
5.10 強制訪問控制框架151
5.10.1 強制策略151
5.10.2 設計的指導原則152
5.10.3 MAC框架的體系結構153
5.10.4 啟動框架154
5.10.5 策略註冊155
5.10.6 框架入口點設計考量155
5.10.7 策略入口點設計考量156
5.10.8 內核服務入口點調用157
5.10.9 策略組合158
5.10.10 給對象打標簽159
5.10.11 標簽的生命週期與存儲管理159
5.10.12 標簽同步162
5.10.13 從用戶空間進行策略無關的標簽管理163
5.11 安全事件審計163
5.11.1 審計事件與記錄164
5.11.2 BSM審計記錄與審計跟蹤165
5.11.3 內核審計的實現166
5.12 加密服務168
5.12.1 加密框架168
5.12.2 隨機數生成器170
5.13 GELI全磁盤加密173
5.13.1 機密性和完整性保護173
5.13.2 密鑰管理174
5.13.3 啟動GELI174
5.13.4 加密塊保護175
5.13.5 I/O模型176
5.13.6 不足176
習題177
第6章 存儲管理178
6.1 術語178
6.1.1 進程與內存179
6.1.2 調頁機制180
6.1.3 替換算法180
6.1.4 工作集模型181
6.1.5 交換機制181
6.1.6 虛擬內存的優點182
6.1.7 虛擬內存的硬件要求182
6.2 FreeBSD 虛擬內存系統概述183
6.3 內核的存儲管理185
6.3.1 內核映射和子映射186
6.3.2 內核地址空間的分配188
6.3.3 slab分配器190
6.3.4 keg分配器191
6.3.5 zone分配器192
6.3.6 內核malloc194
6.3.7 內核zone分配器196
6.4 進程獨立擁有的資源197
6.4.1 FreeBSD的進程虛擬地址空間197
6.4.2 缺頁處理199
6.4.3 映射到vm_object199
6.4.4 vm_object201
6.4.5 vm_object到頁面201
6.5 共享內存202
6.5.1 mmap模型203
6.5.2 共享映射205
6.5.3 私有映射205
6.5.4 壓縮影子鏈207
6.5.5 私有快照208
6.6 創建新進程209
6.6.1 預留內核資源210
6.6.2 複製用戶地址空間211
6.6.3 不通過複製創建新進程211
6.7 執行一個文件212
6.8 操作進程地址空間213
6.8.1 改變進程大小213
6.8.2 文件映射214
6.8.3 改變保護權限215
6.9 終止進程215
6.10 調頁器接口216
6.10.1 vnode調頁器218
6.10.2 設備調頁器219
6.10.3 物理內存調頁器220
6.10.4 交換調頁器221
6.11 調頁機制224
6.11.1 硬件高速緩存的設計228
6.11.2 硬件內存管理229
6.11.3 超級頁231
6.12 頁面替換235
6.12.1 調頁參數237
6.12.2 pageout守護進程237
6.12.3 交換機制240
6.12.4 換入進程242
6.13 可移植性243
6.13.1 pmap模塊的作用243
6.13.2 初始化和啟動245
6.13.3 分配和釋放映射248
6.13.4 改變映射的訪問和wiring屬性249
6.13.5 物理頁面使用信息的維護251
6.13.6 初始化物理頁面251
6.13.7 管理內部數據結構252
習題252
第三部分 I/O系統
第7章 I/O系統概述256
7.1 描述符管理和服務257
7.1.1 打開文件條目258
7.1.2 描述符管理260
7.1.3 異步I/O261
7.1.4 文件描述符鎖261
7.1.5 描述符的多路I/O複用263
7.1.6 select的實現265
7.1.7 kqueue和kevent267
7.1.8 數據在內核中的遷移269
7.2 本地進程間交互270
7.2.1 信號量272
7.2.2 消息隊列273
7.2.3 共享內存274
7.3 虛擬文件接口275
7.3.1 vnode的內容275
7.3.2 vnode的操作277
7.3.3 路徑名的轉換278
7.3.4 導出文件系統服務278
7.4 獨立於文件系統的服務279
7.4.1 名字緩存281
7.4.2 緩衝區管理282
7.4.3 緩衝區管理的實現284
7.5 可堆疊的文件系統285
7.5.1 簡單的文件系統層287
7.5.2 聯合文件系統288
7.5.3 其他文件系統290
習題291
第8章 設備292
8.1 設備概述292
8.1.1 PC I/O體系結構293
8.1.2 FreeBSD大容量存儲I/O子系統的結構295
8.1.3 設備命名和訪問296
8.2 從用戶到設備的I/O映射297
8.2.1 設備驅動程序298
8.2.2 I/O隊列299
8.2.3 中斷處理299
8.3 字符設備299
8.3.1 原始設備和物理I/O301
8.3.2 面向字符的設備302
8.3.3 字符設備驅動程序入口點302
8.4 磁盤設備303
8.4.1 磁盤設備驅動程序入口點303
8.4.2 磁盤I/O請求排序303
8.4.3 磁盤標簽304
8.5 網絡設備305
8.5.1 網絡設備驅動程序入口點306
8.5.2 配置與控制306
8.5.3 數據包接收307
8.5.4 數據包傳輸309
8.6 終端處理309
8.6.1 終端處理模式310
8.6.2 用戶接口312
8.6.3 進程組、會話和終端控制313
8.6.4 終端操作313
8.6.5 終端輸出（上半部分）314
8.6.6 終端輸出（下半部分）315
8.6.7 終端輸入315
8.6.8 關閉終端設備316
8.7 GEOM層316
8.7.1 術語和拓撲規則317
8.7.2 改變拓撲318
8.7.3 操作320
8.7.4 拓撲靈活性321
8.8 CAM層322
8.8.1 通過CAM子系統的SCSI I/O請求的路徑323
8.8.2 ATA磁盤325
8.9 設備配置325
8.9.1 設備標識327
8.9.2 自動配置數據結構329
8.9.3 資源管理333
8.10 設備虛擬化334
8.10.1 與虛擬機監控程序的交互335
8.10.2 Virt
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