Wnieś swój wkład w rozwój Linuksa!

Jądro systemu Linux to jedno z największych osiągnięć otwartej społeczności programistów. Projekt ten, zainicjowany przez Linusa Torvaldsa, światło dzienne ujrzał w 1991 roku. Od tamtego czasu coraz więcej ochotników wspiera jego doskonalenie. Pozwoliło to na wprowadzenie do jądra wielu nowatorskich funkcji i wyznaczenie trendów w rozwoju współczesnego oprogramowania oraz systemów operacyjnych. Prace nad tym gigantycznym projektem przyczyniły się też do powstania mnóstwa innych produktów - w tym zdobywającego ogromną popularność rozproszonego systemu kontroli wersji Git.

Tak dynamiczny rozwój ma jeden niedobry skutek uboczny. Początkujący programiści mają problem z ogarnięciem ogromu projektu i poznaniem jego architektury. Ten długotrwały proces zdecydowanie skróci przewodnik, który właśnie trzymasz w rękach. Przeprowadzi Cię on przez tajemnice systemu. Dowiesz się, jak pobrać kod źródłowy jądra, jak go skonfigurować oraz skompilować. W kolejnych rozdziałach poznasz kluczowe mechanizmy: zarządzania procesami, szeregowania zadań, wywołań systemowych oraz przerwań. Ponadto nauczysz się korzystać z urządzeń blokowych, pamięci podręcznej, sterowników i modułów. Ta książka jest obowiązkową lekturą dla wszystkich programistów, którzy chcą mieć swój wkład w rozwój projektu Torvaldsa. Sprawdzi się ona również w rękach osób, które po prostu chcą zrozumieć, jak działa ten niezwykły system.

Dzięki tej książce:

• pobierzesz, skonfigurujesz i skompilujesz źródła jądra
• zrozumiesz zasady zarządzania procesami
• poznasz struktury danych jądra
• wykorzystasz wirtualne systemy plików
• zyskasz możliwość samodzielnego rozwijania jądra system Linux

Przekonaj się, jak działa jądro Linuksa!

Osoby które kupowały "Jądro Linuksa. Przewodnik programisty", wybierały także:

• Bash. Techniki zaawansowane. Kurs video. Zostań administratorem systemów IT 169,00 zł, (50,70 zł -70%)
• Administracja systemem Linux. Kurs video. Przewodnik dla początkujących 59,00 zł, (17,70 zł -70%)
• Gray Hat C#. Język C# w kontroli i łamaniu zabezpieczeń 57,74 zł, (17,90 zł -69%)
• Python dla administrator 178,97 zł, (62,64 zł -65%)
• Cybersecurity dla ka 144,86 zł, (52,15 zł -64%)

Spis treści

Jądro Linuksa. Przewodnik programisty -- spis treści

Przedmowa (17)

Wstęp (19)

Rozdział 1. Jądro systemu Linux - wprowadzenie (25)

• Historia Uniksa (25)
• Wprowadzenie do systemu Linux (27)
• Przegląd systemów operacyjnych (29)
• Jądro Linuksa a jądro klasycznego systemu uniksowego (31)
• Oznaczenia wersji jądra Linuksa (34)
• Społeczność programistów jądra Linuksa (35)
• Zanim zaczniemy (36)

Rozdział 2. Linux - zaczynamy (37)

• Kod źródłowy jądra (37)
  
  • Git (37)
  • Instalowanie źródeł jądra z archiwum (38)
  • Aplikowanie łat (39)
• Struktura katalogów kodu źródłowego jądra (39)
• Kompilowanie jądra (40)
  
  • Konfigurowanie jądra (41)
  • Minimalizacja szumu podczas kompilacji (43)
  • Kompilacja na wielu frontach (43)
  • Instalowanie nowego jądra (44)
• Odmienność jądra (45)
  
  • Brak implementacji i nagłówków biblioteki standardowej C (45)
  • GNU C (47)
  • Brak mechanizmu ochrony pamięci (49)
  • Niemożność (łatwego) korzystania z operacji zmiennoprzecinkowych (50)
  • Ograniczony co do rozmiaru (i stały) stos (50)
  • Synchronizacja i współbieżność (50)
  • Znaczenie przenośności (51)
• Podsumowanie (51)

Rozdział 3. Zarządzanie procesami (53)

• Proces (53)
• Deskryptor procesu i struktura zadania (55)
  
  • Przydział deskryptora procesu (55)
  • Przechowywanie deskryptora procesu (57)
  • Stan procesu (58)
  • Manipulowanie bieżącym stanem procesu (59)
  • Kontekst procesu (60)
  • Drzewo procesów (60)
• Tworzenie procesu (62)
  
  • Kopiowanie przy zapisie (62)
  • Rozwidlanie procesu (63)
  • Wywołanie vfork() (64)
• Wątki w systemie Linux (65)
  
  • Tworzenie wątków (66)
  • Wątki jądra (67)
• Zakończenie procesu (68)
  
  • Usuwanie deskryptora procesu (70)
  • Problem zadań osieroconych (71)
• Podsumowanie (73)

Rozdział 4. Szeregowanie zadań (75)

• Wielozadaniowość (75)
• Planista zadań w Linuksie (77)
• Strategia postępowania (77)
  
  • Procesy ograniczone wejściem-wyjściem a procesy ograniczone procesorem (78)
  • Priorytet procesu (79)
  • Kwant czasu procesora (80)
  • Strategia szeregowania w działaniu (81)
• Algorytm szeregowania zadań w Linuksie (82)
  
  • Klasy szeregowania (82)
  • Szeregowanie procesów w systemach klasy Unix (82)
  • Sprawiedliwe szeregowanie zadań (85)
• Implementacja szeregowania zadań w Linuksie (87)
  
  • Zliczanie czasu wykonania (87)
  • Wybór procesu (89)
  • Punkt wejścia do planisty CFS (94)
  • Zawieszanie i wybudzanie procesów (95)
• Wywłaszczanie i przełączanie kontekstu (99)
  
  • Wywłaszczanie procesu użytkownika (100)
  • Wywłaszczenie jądra (101)
• Szeregowanie czasu rzeczywistego (102)
• Wywołania systemowe związane z szeregowaniem (103)
  
  • Wywołania wpływające na strategię szeregowania i wartości priorytetów (104)
  • Wywołania systemowe sterujące kojarzeniem procesów z procesorami (105)
  • Odstąpienie procesora (105)
• Podsumowanie (106)

Rozdział 5. Wywołania systemowe (107)

• Komunikacja z jądrem systemu (107)
• API, POSIX i biblioteka C (108)
• Wywołania systemowe (109)
  
  • Numery wywołań systemowych (111)
  • Wydajność wywołania systemowego (111)
• Procedura obsługi wywołań systemowych (111)
  
  • Oznaczanie właściwego wywołania systemowego (112)
  • Przekazywanie argumentów (113)
• Implementacja wywołania systemowego (113)
  
  • Implementowanie wywołań systemowych (114)
  • Weryfikacja argumentów (114)
• Kontekst wywołania systemowego (118)
  
  • Wiązanie wywołania systemowego (119)
  • Inicjowanie wywołania systemowego z przestrzeni użytkownika (120)
  • Sześć powodów, aby nie implementować wywołań systemowych (121)
• Podsumowanie (122)

Rozdział 6. Struktury danych jądra (123)

• Listy (123)
  
  • Listy jedno- i dwukierunkowe (124)
  • Listy cykliczne (124)
  • Implementacja list w jądrze Linuksa (126)
  • Operacje na listach (128)
  • Przeglądanie list (131)
  • Inne operacje na listach (134)
• Kolejki (135)
  
  • kfifo (135)
  • Tworzenie kolejki (136)
  • Zakolejkowanie (137)
  • Wyciąganie danych (137)
  • Określanie rozmiaru kolejki (137)
  • Zerowanie i usuwanie kolejki (138)
  • Przykład użycia kolejki kfifo (138)
• Mapy (139)
  
  • Inicjalizowanie mapy idr (140)
  • Przydział nowego identyfikatora UID (140)
  • Odwzorowanie UID na wskaźnik (141)
  • Usuwanie UID (142)
  • Usuwanie idr (142)
• Drzewa binarne (143)
  
  • Drzewa BST (143)
  • Zrównoważone drzewa BST (144)
  • Drzewa czerwono-czarne (145)
  • rbtree (146)
• Kiedy i jakiej struktury użyć? (148)
• Złożoność obliczeniowa (149)
  
  • Algorytmy (149)
  • Notacja O (149)
  • Notacja theta (150)
  • Złożoność czasowa (150)
• Podsumowanie (151)

Rozdział 7. Przerwania i procedury obsługi przerwań (153)

• Przerwania (154)
• Procedury obsługi przerwań (155)
• Połówki górne i dolne (156)
• Rejestrowanie procedury obsługi przerwania (157)
  
  • Znaczniki procedury obsługi przerwań (158)
  • Przykładowe przerwanie (159)
  • Zwalnianie procedury obsługi przerwania (160)
• Tworzenie procedury obsługi przerwań (160)
  
  • Procedury obsługi przerwań współużytkowanych (162)
  • Prawdziwa procedura obsługi przerwania (163)
• Kontekst przerwania (165)
• Implementacja obsługi przerwań (166)
• /proc/interrupts (168)
• Kontrola przerwań (169)
  
  • Wyłączanie i włączanie przerwań (170)
  • Blokowanie konkretnej linii przerwania (172)
  • Stan systemu przerwań (173)
• Podsumowanie (174)

Rozdział 8. Dolne połówki i czynności odroczone (175)

• Połówki dolne (176)
  
  • Po co dolne połówki? (177)
  • Świat dolnych połówek (178)
• Przerwania programowe (181)
  
  • Implementacja przerwań programowych (181)
  • Korzystanie z przerwań programowych (183)
• Tasklety (186)
  
  • Implementacja taskletów (186)
  • Korzystanie z taskletów (189)
  • Wątek jądra ksoftirqd (191)
  • Dawny mechanizm BH (193)
• Kolejki prac (194)
  
  • Implementacja kolejek prac (195)
  • Korzystanie z kolejek prac (199)
  • Dawny mechanizm kolejkowania zadań (201)
• Jak wybrać implementację dolnej połówki? (202)
• Blokowanie pomiędzy dolnymi połówkami (204)
• Wyłączanie dolnych połówek (204)
• Podsumowanie (206)

Rozdział 9. Wprowadzenie do synchronizacji jądra (207)

• Sekcje krytyczne i przeplot operacji (208)
  
  • Po co ta ochrona? (208)
  • Zmienna globalna (210)
• Blokowanie (211)
  
  • Źródła współbieżności (213)
  • Co wymaga zabezpieczania? (215)
• Zakleszczenia (216)
• Rywalizacja a skalowalność (218)
• Podsumowanie (220)

Rozdział 10. Metody synchronizacji jądra (221)

• Operacje niepodzielne (221)
  
  • Niepodzielne operacje na liczbach całkowitych (222)
  • 64-bitowe operacje niepodzielne (226)
  • Niepodzielne operacje bitowe (228)
• Rygle pętlowe (230)
  
  • Interfejs rygli pętlowych (231)
  • Inne metody blokowania ryglami pętlowymi (234)
  • Rygle pętlowe a dolne połówki (234)
• Rygle pętlowe R-W (235)
• Semafory (238)
  
  • Semafory binarne i zliczające (239)
  • Tworzenie i inicjalizowanie semaforów (240)
  • Korzystanie z semaforów (240)
• Semafory R-W (241)
• Muteksy (243)
  
  • Muteksy czy semafory? (245)
  • Muteksy czy rygle pętlowe? (245)
• Zmienne sygnałowe (245)
• Blokada BKL (Big Kernel Lock) (246)
• Blokady sekwencyjne (247)
• Blokowanie wywłaszczania (249)
• Bariery pamięciowe (251)
• Podsumowanie (255)

Rozdział 11. Liczniki i zarządzanie czasem (257)

• Czas z punktu widzenia jądra (258)
• Częstotliwość taktowania - HZ (259)
  
  • Optymalna wartość HZ (260)
  • Zalety wysokich wartości HZ (261)
  • Wady wysokich wartości HZ (262)
• Chwilki (263)
  
  • Wewnętrzna reprezentacja zmiennej jiffies (264)
  • Zawijanie zmiennej jiffies (266)
  • HZ a przestrzeń użytkownika (267)
• Zegary i liczniki sprzętowe (268)
  
  • Zegar czasu rzeczywistego (268)
  • Zegar systemowy (269)
• Procedura obsługi przerwania zegarowego (269)
• Data i godzina (272)
• Liczniki (274)
  
  • Korzystanie z liczników (275)
  • Liczniki i sytuacje hazardowe (277)
  • Implementacja licznika (277)
• Opóźnianie wykonania (278)
  
  • Oczekiwanie w pętli aktywnej (278)
  • Krótkie opóźnienia (280)
  • Funkcja schedule_timeout() (281)
  • Implementacja funkcji schedule_timeout() (282)
• Podsumowanie (284)

Rozdział 12. Zarządzanie pamięcią (285)

• Strony (285)
• Strefy (287)
• Pozyskiwanie stron pamięci (290)
  
  • Pozyskiwanie czystych stron pamięci (291)
  • Zwalnianie stron (291)
• Funkcja kmalloc() (292)
  
  • Znaczniki gfp_mask (293)
  • Funkcja kfree() (298)
• Funkcja vmalloc() (299)
• Alokator plastrowy (301)
  
  • Zadania alokatora plastrowego (302)
  • Interfejs alokatora plastrowego (305)
  • Przydział z pamięci podręcznej (307)
• Statyczne przydziały na stosie (309)
  
  • Jednostronicowy stos procesów jądra (309)
  • Ostrożnie ze stosem (310)
• Odwzorowanie pamięci wysokiej (310)
  
  • Odwzorowanie trwałe (311)
  • Odwzorowania czasowe (311)
• Przydziały lokalne względem procesora (312)
• Interfejs percpu (313)
  
  • Statyczne dane lokalne względem procesora (313)
  • Dynamiczne dane lokalne względem procesora (314)
• Przydatność danych lokalnych względem procesora (315)
• Wybór metody przydziału pamięci w kodzie jądra (316)
• Podsumowanie (317)

Rozdział 13. Wirtualny system plików (319)

• Wspólny interfejs systemu plików (320)
• Warstwa abstrakcji systemu plików (320)
• Uniksowy system plików (322)
• Obiekty VFS i ich struktury danych (323)
• Obiekt bloku głównego (325)
• Operacje bloku głównego (326)
• Obiekt i-węzła (329)
• Operacje i-węzła (331)
• Obiekt wpisu katalogowego (334)
  
  • Stan wpisu katalogowego (335)
  • Bufor wpisów katalogowych (336)
• Operacje na wpisach katalogowych (337)
• Obiekt pliku (339)
• Operacje na plikach (340)
• Struktury danych systemu plików (343)
• Struktury danych procesu (345)
• Podsumowanie (347)

Rozdział 14. Blokowe urządzenia wejścia-wyjścia (349)

• Anatomia urządzenia blokowego (350)
• Bufory i nagłówki buforów (351)
• Struktura bio (354)
  
  • Wektory wejścia-wyjścia (355)
  • Stare a nowe (357)
• Kolejki zleceń (357)
• Zawiadywanie operacjami wejścia-wyjścia (358)
  
  • Zadania planisty operacji wejścia-wyjścia (359)
  • Winda Linusa (360)
  • Terminowy planista operacji wejścia-wyjścia (361)
  • Przewidujący planista operacji wejścia-wyjścia (363)
  • Sprawiedliwy planista kolejkowania operacji wejścia-wyjścia (364)
  • Nieingerujący planista operacji wejścia-wyjścia (365)
  • Wybór planisty operacji wejścia-wyjścia (366)
• Podsumowanie (366)

Rozdział 15. Przestrzeń adresowa procesu (367)

• Przestrzenie adresowe (367)
• Deskryptor pamięci (369)
  
  • Przydział deskryptora pamięci (371)
  • Zwalnianie deskryptora pamięci (371)
  • Struktura mm_struct i wątki jądra (372)
• Obszary pamięci wirtualnej (372)
  
  • Znaczniki VMA (374)
  • Operacje VMA (375)
  • Obszary pamięci na listach i w drzewach (376)
  • Obszary pamięci w praktyce (377)
• Manipulowanie obszarami pamięci (379)
  
  • Funkcja find_vma() (379)
  • Funkcja find_vma_prev() (381)
  • Funkcja find_vma_intersection() (381)
• Tworzenie interwału adresów - wywołania mmap() i do_mmap() (381)
• Usuwanie interwału adresów - wywołania munmap() i do_munmap() (383)
• Tablice stron (384)
• Podsumowanie (386)

Rozdział 16. Pamięć podręczna stron i opóźniony zapis stron w tle (387)

• Modele pamięci podręcznych (387)
  
  • Buforowanie zapisów (388)
  • Eksmisja z pamięci podręcznej (389)
• Pamięć podręczna stron w Linuksie (391)
  
  • Obiekt address_space (391)
  • Operacje na obiektach address_space (392)
  • Drzewo pozycyjne (395)
  • Tablica skrótów stron (395)
• Pamięć podręczna buforów (396)
• Wątki zapisu w tle (396)
  
  • Tryb laptopowy (398)
  • Rys historyczny - bdflush, kupdated i pdflush (399)
  • Eliminowanie obciążenia operacjami wejścia-wyjścia (400)
• Podsumowanie (401)

Rozdział 17. Sterowniki i moduły (403)

• Typy urządzeń (403)
• Moduły (404)
  
  • Hello, world! (405)
  • Kompilowanie modułów (406)
  • Instalowanie modułów (409)
  • Generowanie zależności międzymodułowych (409)
  • Ładowanie modułów (410)
  • Zarządzanie opcjami konfiguracji jądra (411)
  • Parametry modułów (413)
  • Symbole eksportowane (415)
• Model sterowników (416)
  
  • Obiekty jądra (417)
  • Typy obiektów jądra (418)
  • Grupy obiektów jądra (419)
  • Powiązania pomiędzy obiektami, typami i grupami obiektów jądra (419)
  • Zarządzanie i operowanie obiektami jądra (420)
  • Zliczanie odwołań (421)
• System plików sysfs (423)
  
  • Dodawanie i usuwanie obiektów jądra w sysfs (426)
  • Dodawanie plików do sysfs (427)
  • Kernel Event Layer (430)
• Podsumowanie (431)

Rozdział 18. Diagnostyka błędów jądra (433)

• Od czego zacząć? (433)
• Błędy w jądrze (434)
• Diagnostyka komunikatami (435)
  
  • Niezawodność printk() (435)
  • Poziomy diagnostyczne (436)
  • Bufor komunikatów (437)
  • Demony syslogd i klogd (438)
  • printf(), printk() - łatwo o pomyłkę (438)
• Błąd oops (438)
  
  • Polecenie ksymoops (440)
  • kallsyms (441)
• Opcje diagnostyczne jądra (441)
• Asercje i wypisywanie informacji o błędach (442)
• Funkcja Magic SysRq Key (443)
• Saga debugera jądra (444)
  
  • gdb (445)
  • kgdb (446)
• Stymulowanie i sondowanie systemu (446)
  
  • Uzależnianie wykonania kodu od identyfikatora UID (446)
  • Korzystanie ze zmiennych warunkowych (447)
  • Korzystanie ze statystyk (447)
  • Ograniczanie częstotliwości i liczby komunikatów diagnostycznych (448)
• Szukanie winowajcy - wyszukiwanie binarne (449)
• Binarne wyszukiwanie wersji za pomocą Gita (450)
• Koledzy - kiedy wszystko inne zawiedzie (451)
• Podsumowanie (451)

Rozdział 19. Przenośność (453)

• Przenośne systemy operacyjne (453)
• Historia przenośności systemu Linux (455)
• Rozmiar słowa i typy danych (456)
  
  • Typy nieprzejrzyste (459)
  • Typy specjalne (459)
  • Typy o zadanych rozmiarach (460)
  • Znak typu char (461)
• Wyrównanie danych (462)
  
  • Unikanie problemów wyrównywania (462)
  • Wyrównanie typów niestandardowych (463)
  • Dopełnienie struktury (463)
• Wzajemny porządek bajtów (465)
• Pomiar upływu czasu (467)
• Rozmiar strony (468)
• Kolejność wykonywania instrukcji (469)
• Tryb SMP, wywłaszczanie jądra i pamięć wysoka (469)
• Podsumowanie (470)

Rozdział 20. Kodowanie, łaty i społeczność (471)

• Społeczność (471)
• Obowiązujący styl kodowania (472)
  
  • Wcięcia (472)
  • Instrukcje switch (473)
  • Odstępy (473)
  • Nawiasy klamrowe (475)
  • Długość wiersza kodu (476)
  • Nazewnictwo (476)
  • Funkcje (477)
  • Komentarze (477)
  • Definicje typów (478)
  • Korzystanie z gotowców (478)
  • Unikanie definicji ifdef w ciele funkcji (478)
  • Inicjalizacja struktur (479)
  • Poprawianie złego stylu (479)
• Łańcuch poleceń (480)
• Przesyłanie raportów o błędach (480)
• Łaty (481)
  
  • Generowanie łat (481)
  • Generowanie łat za pomocą Gita (482)
  • Rozsyłanie łat (483)
• Podsumowanie (484)

Dodatek A. Bibliografia (485)

• Książki o projektowaniu systemów operacyjnych (485)
• Książki o jądrze systemu Unix (486)
• Książki o jądrze systemu Linux (486)
• Książki o jądrach innych systemów operacyjnych (487)
• Książki o interfejsie programowym Uniksa (487)
• Książki o programowaniu w języku C (487)
• Inne książki (488)
• Witryny WWW (488)

Skorowidz (489)