●出版者的話
譯者序
前言
關於作者
章引言和概述1
1.1操作繫統1
1.2本書的研究方法2
1.3分層設計2
1.4 nu操作繫統4
1.5操作繫統的界定4
1.6從外部看操作繫統5
1.7其他章節概要6
1.8觀點6
1.9總結7
練習7
第2章並發執行與操作繫統服務8
2.1引言8
2.2多活動的編程模型8
2.3操作繫統服務9
2.4並發處理的概念和術語9
2.5串行程序和並發程序的區別11
2.6多個進程共享同一段代碼12
2.7進程退出與進程終止14
2.8共享內存、競爭條件和同步14
2.9信號量與互斥18
2.10 nu中的類型命名方法19
2.11使用kputc和kprintf進行操作繫統的調試20
2.12觀點20
2.13總結21
練習21
第3章硬件與運行時環境概述22
3.1引言22
3.2開發平臺的物理和邏輯架構22
3.3指令集23
3.4通用寄存器23
3.5I/O總線和存-取範例24
3.6DMA機制25
3.7總線地址空間25
3.8總線啟動和配置26
3.9函數調用約定和運行時棧26
3.10中斷和中斷處理28
3.11中斷向量29
3.12異常向量和異常處理29
3.13時鐘硬件29
3.14串行通信30
3.15輪詢與中斷驅動I/O30
3.16存儲布局30
3.17內存保護31
3.18硬件細節和片上繫統體繫結構31
3.19觀點31
3.20硬件參考資料32
練習32
第4章鏈表與隊列操作33
4.1引言33
4.2進程鏈表的統一數據結構33
4.3簡潔的鏈表數據結構34
4.4隊列數據結構的實現35
4.5內聯隊列操作函數36
4.6獲取鏈表中進程的基礎函數37
4.7FIFO隊列操作38
4.8優先級隊列的操作40
4.9鏈表初始化42
4.10觀點43
4.11總結43
練習43
第5章調度和上下文切換45
5.1引言45
5.2進程表45
5.3進程狀態47
5.4就緒和當前狀態48
5.5調度策略48
5.6調度的實現49
5.7推遲重新調度52
5.8上下文切換的實現52
5.9內存中保存的狀態52
5.10上下文切換操作53
5.11重新啟動進程執行的地址56
5.12並發執行和空進程57
5.13使進程就緒和調度常量57
5.14其他進程調度算法58
5.15觀點58
5.16總結59
練習59
第6章更多進程管理60
6.1引言60
6.2進程掛起和恢復60
6.3自我掛起和信息隱藏60
6.4繫統調用61
6.5禁止和恢復中斷62
6.6繫統調用模板63
6.7繫統調用返回值SYSERR和OK63
6.8掛起的實現64
6.9掛起當前進程65
6.10suspend函數的返回值65
6.11進程終止和進程退出66
6.12進程創建68
6.13其他進程管理函數72
6.14總結74
練習74
第7章協調並發進程76
7.1引言76
7.2進程同步的必要性76
7.3計數信號量的概念77
7.4避免忙等待77
7.5信號量策略和進程選擇77
7.6等待狀態78
7.7信號量數據結構79
7.8繫統調用wait79
7.9繫統調用signal80
7.10靜態和動態信號量分配81
7.11動態信號量的實現示例82
7.12信號量刪除83
7.13信號量重置84
7.14並行處理器（多核）之間的協調85
7.15觀點86
7.16總結86
練習87
第8章消息傳遞88
8.1引言88
8.2兩種類型的消息傳遞服務88
8.3消息使用資源的89
8.4消息傳遞函數和狀態轉換89
8.5send的實現90
8.6receive的實現91
8.7非阻塞消息接收的實現92
8.8觀點92
8.9總結92
練習93
第9章基本內存管理94
9.1引言94
9.2內存的類型94
9.3重量級進程的定義95
9.4示例繫統的內存管理95
9.5程序段和內存區域95
9.6動態內存分配96
9.7底層內存管理器的設計97
9.8分配策略和內存持久性97
9.9追蹤空閑內存98
9.10底層內存管理的實現98
9.11使用空閑內存的數據結構定義99
9.12分配堆存儲100
9.13分配棧存儲102
9.14堆和棧存儲的釋放103
9.15觀點105
9.16總結106
練習106
0章不錯內存管理和虛擬內存107
10.1引言107
10.2分區空間分配107
10.3緩衝池108
10.4分配緩衝區108
10.5將緩衝區返還給緩衝池110
10.6創建緩衝池111
10.7初始化緩衝池表112
10.8虛擬內存和內存復用113
10.9實地址空間和虛地址空間113
10.10支持按需分頁的硬件114
10.11使用頁表的地址轉換114
10.12頁表數據115
10.13按需分頁以及設計上的問題116
10.14頁面替換和全局時鐘算法116
10.15觀點117
10.16總結117
練習118
1章高層消息傳遞119
11.1引言119
11.2進程間通信端口119
11.3端口實現119
11.4端口表初始化120
11.5端口創建121
11.6向端口發送消息122
11.7從端口接收消息124
11.8端口的刪除和重置125
11.9觀點128
11.10總結128
練習128
2章中斷處理130
12.1引言130
12.2中斷的優點130
12.3中斷處理130
12.4中斷向量131
12.5中斷和異常集成131
12.6使用代碼的ARM異常向量132
12.7設備中斷向量號的分配135
12.8中斷分派136
12.9中斷的軟件結構137
12.10禁止中斷139
12.11中斷代碼調用函數的140
12.12中斷過程中重新調度的必要性140
12.13中斷過程中的重新調度140
12.14觀點141
12.15總結142
練習142
3章實時時鐘管理143
13.1引言143
13.2定時事件143
13.3實時時鐘和計時器硬件143
13.4實時時鐘中斷處理144
13.5延時與搶占145
13.6搶占的實現145
13.7使用增量鏈表對延遲進行有效管理146
13.8增量鏈表的實現147
13.9將進程轉入睡眠148
13.10定時消息接收150
13.11喚醒睡眠進程154
13.12時鐘中斷處理154
13.13時鐘初始化156
13.14觀點159
13.15總結159
練習159
4章設備無關的I/O161
14.1引言161
14.2I/O和設備驅動的概念結構161
14.3接口抽像和驅動抽像162
14.4I/O接口示例163
14.5打開-讀-寫-關閉範例163
14.6綁定I/O操作和設備名164
14.7 nu中的設備名164
14.8設備轉換表概念165
14.9設備的多個副本和共享驅動166
14.10高層I/O操作的實現168
14.11其他高層I/O函數169
14.12打開、關閉和引用計數172
14.13devtab中的空條目和錯誤條目174
14.14I/O繫統的初始化174
14.15觀點178
14.16總結179
練習179
5章設備驅動示例180
15.1引言180
15.2使用UART硬件進行串行通信180
15.3tty抽像180
15.4tty設備驅動的組織結構181
15.5請求隊列和緩衝區182
15.6上半部和下半部的同步183
15.7UART硬件FIFO與驅動設計184
15.8控制塊的概念184
15.9tty控制塊和數據聲明184
15.10次設備號186
15.11上半部tty字符輸入（ttygetc）187
15.12上半部tty讀取函數（ttyread）188
15.13上半部tty字符輸出（ttyputc）189
15.14開始輸出（ttykickout）190
15.15上半部tty多字符輸出（ttywrite）191
15.16下半部tty驅動函數（ttyhandler）192
15.17輸出中斷處理（ttyhandle_out）194
15.18tty輸入處理（ttyhandle_in）196
15.19tty控制塊初始化（ttyinit）202
15.20設備驅動控制（ttycontrol）204
15.21觀點205
15.22總結205
練習206
6章DMA設備和驅動（以太網）207
16.1引言207
16.2直接內存訪問和緩衝區207
16.3多個緩衝區和緩衝區環207
16.4使用DMA的以太網驅動示例208
16.5設備的硬件定義和常量209
16.6環和內存緩衝區211
16.7以太網控制塊的定義213
16.8設備和驅動初始化215
16.9從以太網設備讀取數據包221
16.10向以太網設備寫入數據包223
16.11以太網設備的中斷處理225
16.12以太網控制函數228
16.13觀點229
16.14總結229
練習229
7章最小互聯網協議棧230
17.1引言230
17.2所需的功能230
17.3同步會話、超時和網絡處理進程231
17.4設計的影響232
17.5ARP函數232
17.6網絡數據包的定義241
17.7網絡輸入進程242
17.8IP的相關定義245
17.9IP函數246
17.10UDP表的定義255
17.11UDP函數256
17.12互聯網控制報文協議267
17.13動態主機配置協議268
17.14觀點275
17.15總結275
練習275
8章遠程磁盤驅動277
18.1引言277
18.2磁盤抽像277
18.3磁盤驅動支持的操作277
18.4塊傳輸和高層I/O函數277
18.5遠程磁盤範例278
18.6高速緩存的重要概念278
18.7磁盤操作的語義279
18.8驅動數據結構的定義280
18.9驅動初始化（rdsinit）284
18.10上半部打開函數（rdsopen）287
18.11遠程通信函數（rdscomm）289
18.12上半部寫函數（rdswrite）291
18.13上半部讀函數（rdsread）293
18.14刷新掛起的請求296
18.15上半部控制函數（rdscontrol）297
18.16分配磁盤緩衝區（rdsbufalloc）299
18.17上半部關閉函數（rdsclose）300
18.18下半部通信進程（rdsprocess）302
18.19觀點306
18.20總結306
練習306
9章文件繫統308
19.1什麼是文件繫統308
19.2文件操作的示例集308
19.3本地文件繫統的設計309
19.4 nu文件繫統的數據結構309
19.5索引管理器的實現310
19.6清空索引塊（lfibclear）314
19.7獲取索引塊（lfibget）315
19.8存儲索引塊（lfibput）315
19.9從空閑鏈表中分配索引塊（lfiballoc）316
19.10從空閑鏈表中分配數據塊（lfdballoc）317
19.11使用設備無關的I/O函數進行文件操作319
19.12文件繫統的設備配置和函數名稱320
19.13本地文件繫統打開函數（lfsopen）320
19.14關閉文件偽設備（lflclose）326
19.15刷新磁盤中的數據（lfflush）328
19.16文件的批量傳輸函數（lflwrite、lflread）328
19.17在文件中查找新位置（lflseek）330
19.18從文件中提取一字節（lflgetc）331
19.19改變文件中的一字節（lflputc）332
19.20載入索引塊和數據塊（lfsetup）334
19.21主文件繫統設備的初始化（lfsinit）337
19.22偽設備的初始化（lflinit）338
19.23文件截斷（lftruncate）339
19.24初始文件繫統的創建（lfscreate）341
19.25觀點343
19.26總結343
練習343
第20章遠程文件機制345
20.1引言345
20.2遠程文件訪問345
20.3遠程文件語義345
20.4遠程文件設計和消息346
20.5遠程文件服務器通信（rfscomm）352
20.6發送基本消息（rfsndmsg）354
20.7網絡字節序355
20.8使用設備範例的遠程文件繫統355
20.9打開遠程文件（rfsopen）356
20.10檢查文件模式（rfsgetmode）359
20.11關閉遠程文件（rflclose）360
20.12讀遠程文件（rflread）361
20.13寫遠程文件（rflwrite）363
20.14遠程文件的定位（rflseek）365
20.15遠程文件單字符I/O（rflgetc、rflputc）366
20.16遠程文件繫統控制函數（rfscontrol）367
20.17初始化遠程文件繫統（rfsinit、rflinit）370
20.18觀點372
20.19總結372
練習372
第21章句法名字空間374
21.1引言374
21.2透明與名字空間抽像374
21.3多種命名方案375
21.4命名繫統設計的其他方案376
21.5基於句法的名字空間376
21.6模式和替換376
21.7前綴模式377
21.8名字空間的實現377
21.9名字空間的數據結構和常量377
21.10增加名字空間前綴表的映射378
21.11使用前綴表進行名字映射379
21.12打開命名文件383
21.13名字空間初始化383
21.14對前綴表中的項進行排序386
21.15選擇邏輯名字空間386
21.16默認層次和空前綴387
21.17額外的對像操作函數387
21.18名字空間方法的優點和388
21.19廣義模式388
21.20觀點389
21.21總結389
練習390
第22章繫統初始化391
22.1引言391
22.2引導程序：從零開始391
22.3一個通過網絡啟動的例子392
22.4操作繫統初始化392
22.5 nu初始化393
22.6 nu繫統啟動395
22.7從程序轉化為進程399
22.8觀點399
22.9總結399
練習400
第23章子繫統初始化和內存標記401
23.1引言401
23.2自初始化模塊401
23.3並發繫統中的自初始化模塊402
23.4重新啟動後的自初始化403
23.5使用登錄號初始化404
23.6廣義內存標記方案405
23.7內存標記繫統的數據聲明406
23.8標記的實現407
23.9觀點408
23.10總結408
練習408
第24章異常處理409
24.1引言409
24.2術語：故障、檢測、陷阱和異常409
24.3向量異常和可屏蔽中斷 409
24.4異常的類型410
24.5處理異常410
24.6異常向量初始化411
24.7面對災難時的panic411
24.8panic函數的實現411
24.9觀點412
24.10總結412
練習412
第25章繫統配置413
25.1引言413
25.2多重配置的需求413
25.3 nu繫統配置414
25.4 nu配置文件的內容414
25.5計算次設備號416
25.6配置 nu繫統的步驟417
25.7觀點417
25.8總結417
練習417
第26章一個用戶接口例子： nu shell419
26.1引言419
26.2什麼是用戶接口419
26.3命令和設計原則419
26.4一個簡化shell的設計決策420
26.5shell的組織和操作420
26.6詞法符號的定義421
26.7命令行語法的定義421
26.8 nu shell的實現422
26.9符號的存儲424
26.10詞法分析器代碼424
26.11命令解釋器的核心428
26.12命令名查詢和內部處理434
26.13傳遞給命令的參數435
26.14向外部命令傳遞參數435
26.15I/O重定向438
26.16命令函數（sleep）的例子439
26.17觀點440
26.18總結441
練習441
附錄1操作繫統移植443
附錄2 nu設計注解450
索引454

本書以 nu（一個小型簡潔的操作繫統）為例，全面介紹操作繫統設計方面的知識。本書著重討論用於嵌入式設備的微內核操作繫統，采用的方法是在現有的操作繫統課程中納入更多的嵌入式處理內容，而非引入一門教讀者如何在嵌入式繫統上編程的新課程。本書從底層機器開始，一步步地設計和實現一個小型但優雅的操作繫統 nu，指導讀者通過實用、簡單的原語來構造傳統的基於進程的操作繫統。本書回顧了主要的繫統組件，並利用分層設計範式，以一種有序、易於理解的方式組織內容。