本書由FreeBSD繫統的三位引*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繫統組件——進程管理、安全、虛擬內存、I/O繫統、文件繫統、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繫統相關課程的教材或參考書，也可以作為繫統開發人員和管理人員的學習指南。

譯者序
前言
作者簡介
*一部分 概述
*1章 BSD繫統的歷史和目標2
1.1 UNIX繫統的歷史2
1.1.1 UNIX繫統的起源2
1.1.2 Research小組的UNIX繫統3
1.1.3 AT&T UNIX System Ⅲ和System V4
1.1.4 伯克利軟件發布5
1.1.5 UNIX無處不在6
1.2 BSD和其他繫統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
*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繫統概述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 多文件繫統支持35
2.8 設備36
2.9 快速文件繫統36
2.10 Zettabyte文件繫統40
2.11 網絡文件繫統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 繫統啟動和停止43
習題44
第3章 內核服務45
3.1 內核結構45
3.1.1 繫統進程45
3.1.2 繫統入口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 繫統調用49
3.2.1 調用結果的處理49
3.2.2 從繫統調用返回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 文件繫統配額62
3.8 內核跟蹤工具62
3.8.1 繫統調用跟蹤62
3.8.2 DTrace63
3.8.3 內核跟蹤66
習題68
*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 自適應空閑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 操作繫統安全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 虛擬文件繫統接口與DAC131
5.7.2 對像屬主與組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應用體繫結構142
5.8.2 能力繫統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框架的體繫結構153
5.10.4 啟動框架154
5.10.5 策略注冊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 給對像打標簽159
5.10.11 標簽的生命周期與存儲管理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 虛擬內存繫統概述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 復制用戶地址空間211
6.6.3 不通過復制創建新進程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繫統
第7章 I/O繫統概述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復用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 導出文件繫統服務278
7.4 獨立於文件繫統的服務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 可堆疊的文件繫統285
7.5.1 簡單的文件繫統層287
7.5.2 聯合文件繫統288
7.5.3 其他文件繫統290
習題291
第8章 設備292
8.1 設備概述292
8.1.1 PC I/O體繫結構293
8.1.2 FreeBSD大容量存儲I/O子繫統的結構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子繫統的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 Virtio336
8.10.3 Xen339
8.10.4 設備直通346
習題346
第9章 快速文件繫統348
9.1 分層文件繫統管理348
9.2 inode結構350
9.2.1 inode格式的改變351
9.2.2 擴展屬性352
9.2.3 新的文件繫統功能354
9.2.4 文件標志355
9.2.5 動態inode356
9.2.6 inode管理357
9.3 命名359
9.3.1 目錄359
9.3.2 在目錄中查找名稱360
9.3.3 路徑名轉換362
9.3.4 ***363
9.4 配額365
9.5 文件鎖定368
9.6 軟更新372
9.6.1 在文件繫統中的更新依賴373
9.6.2 依賴的結構376
9.6.3 位圖依賴跟蹤378
9.6.4 inode依賴跟蹤378
9.6.5 直接塊依賴跟蹤379
9.6.6 間接塊依賴跟蹤380
9.6.7 新間接塊的依賴跟蹤381
9.6.8 新目錄入口的依賴跟蹤382
9.6.9 新目錄依賴跟蹤384
9.6.10 目錄入口移除依賴項跟蹤385
9.6.11 文件截斷385
9.6.12 文件和目錄inode回收385
9.6.13 目錄入口重命名依賴關繫跟蹤386
9.6.14 軟更新的fsync請求386
9.6.15 軟更新的文件刪除要求387
9.6.16 fsck的軟更新要求389
9.7 文件繫統快照389
9.7.1 創建一個文件繫統快照389
9.7.2 維護文件繫統快照391
9.7.3 大文件繫統快照392
9.7.4 後臺fsck393
9.7.5 用戶可見的快照394
9.7.6 實時轉儲394
9.8 日志軟更新394
9.8.1 背景和簡介395
9.8.2 與其他實現的兼容性395
9.8.3 日志格式395
9.8.4 需要日志記錄的修改396
9.8.5 日志的額外需求397
9.8.6 恢復進程398
9.8.7 性能399
9.8.8 未來工作400
9.8.9 跟蹤文件移除依賴400
9.9 本地文件存儲402
9.9.1 文件存儲概述402
9.9.2 用戶I/O到一個文件的過程404
9.10 伯克利快速文件繫統406
9.10.1 伯克利快速文件繫統的組織406
9.10.2 啟動塊408
9.10.3 優化存儲利用率408
9.10.4 對文件進行讀寫409
9.10.5 布局策略411
9.10.6 分配機制413
9.10.7 塊聚類416
9.10.8 基於分區的分配418
習題419
*10章 Zettabyte文件繫統421
*11章 網絡文件繫統422
11.1 概述422
11.2 結構和操作424
11.2.1 FreeBSD NFS的實現428
11.2.2 客戶端-服務器端交互432
11.2.3 安全問題432
11.2.4 性能提升技巧433
11.3 NFS演進435
11.3.1 命名空間439
11.3.2 屬性440
11.3.3 訪問控制列表441
11.3.4 緩存、代理和回調441
11.3.5 鎖447
11.3.6 安全448