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内容大纲
本教材全面且系统地介绍了与操作系统内核相关的知识及开源社区的Linux学习方法，从开源、国产和安全等角度介绍了操作系统内核的基本内容、发展新趋势，以及其在网络空间安全方面的应用。本教材共10章，有效地简化了复杂的理论内容，便于教学和自学。教材中包含丰富的操作实例和案例分析，以帮助学生更好地理解和应用所学知识。本教材选择的实例和案例具有代表性和多样性，涵盖了操作系统内核在不同领域中的应用场景，提高了教材的实用性，适合作为网络空间安全相关专业的本科教材，对相关领域的技术人员也具有很好的参考价值。 -
作者介绍
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目录
第1章 操作系统内核基础
1.1 操作系统的目标和作用
1.1.1 什么是操作系统
1.1.2 操作系统的结构
1.1.3 操作系统的目标
1.1.4 操作系统的作用
1.2 操作系统的发展过程
1.2.1 操作系统发展的主要动力及发展阶段
1.2.2 典型操作系统介绍
1.3 操作系统的基本特性和主要功能
1.3.1 操作系统的基本特性
1.3.2 操作系统的主要功能
1.4 开源社区的Linux学习新体验
1.4.1 自由软件和开源软件
1.4.2 开源软件协议
1.4.3 著名的开源软件
1.5 创建和管理一个开源项目
1.5.1 签署CLA和使用Git
1.5.2 提交PR的流程
1.5.3 实验详解
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课后练习题
第2章 Linux操作系统内核实战环境搭建
2.1 Linux操作系统简介
2.1.1 Linux系统发展史
2.1.2 Linux发行版介绍
2.1.3 Linux内核源码目录结构
2.2 Linux内核设计
2.2.1 宏内核与微内核
2.2.2 Linux内核模块的设计及可加装
2.2.3 Linux内核模块编程入门
2.2.4 Linux内核模块程序与C语言应用程序的比较
2.3 Linux内核开发模式
2.4 Linux内核架构总览
2.4.1 Linux内核系统的划分
2.4.2 Linux内核系统各层情况
2.5 操作系统内核实验环境搭建和配置
2.5.1 VMWare WorkStation的安装
2.5.2 利用VMWare虚拟机安装Linux
2.5.3 编译安装所需的Linux内核
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课后练习题
第3章 内存寻址
3.1 内存寻址方法
3.1.1 哈佛结构和冯·诺依曼结构
3.1.2 内存寻址的概念
3.1.3 X86不同时期的内存寻址
3.1.4 保护模式下的寄存器
3.2 段式内存管理机制
3.2.1 段式内存管理
3.2.2 程序的地址空间分析
3.2.3 段描述符表
3.3 页式内存管理机制
3.3.1 地址转换相关知识
3.3.2 分页机制
3.3.3 页表
3.4 地址转换实验
3.4.1 查看地址转换实验
3.4.2 获取物理内存地址实验
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课后练习题
第4章 进程管理
4.1 进程概述
4.1.1 从程序到进程
4.1.2 进程树
4.1.3 task_struct数据结构分析
4.1.4 进程控制块
4.2 Linux进程创建
4.2.1 进程和线程
4.2.2 进程的API实现
4.2.3 进程中的其他系统调用
4.3 Linux进程调度
4.3.1 Linux进程调度基本模型
4.3.2 进程调度优先级及O(n)调度器
4.3.3 O(1)调度器及其特征
4.3.4 完全公平调度
4.4 进程管理实验
4.4.1 打印进程控制块中的字段
4.4.2 fork和clone系统调用的用法
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课后练习题
第5章 内存管理
5.1 Linux内存管理机制
5.1.1 内存的层次
5.1.2 虚拟内存实现机制
5.1.3 进程虚拟地址空间
5.1.4 进程的用户空间划分
5.2 进程用户空间管理机制
5.2.1 创建进程用户空间
5.2.2 虚存映射
5.2.3 请页机制
5.2.4 用户空间管理
5.3 内核空间划分与管理
5.3.1 内核空间的划分
5.3.2 内存管理机制
5.3.3 slab内存分配机制
5.3.4 vmalloc对高端物理内存的分配
5.4 物理内存的组织
5.4.1 UMA和NUMA计算机
5.4.2 物理内存的组织及内存节点
5.4.3 伙伴算法概述
5.5 内存管理实验
5.5.1 进程的虚存区举例
5.5.2 编写虚存区内核模块
5.5.3 slab内存分配机制实验
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课后练习题
第6章 中断处理
6.1 中断处理机制概述
6.1.1 中断的基本概念
6.1.2 中断模型解释
6.1.3 中断向量和中断描述符表
6.2 中断处理机制
6.2.1 中断描述表的初始化
6.2.2 中断处理过程
6.2.3 中断处理程序与中断服务例程
6.2.4 中断返回
6.3 中断下半部处理机制
6.3.1 中断上半部和下半部
6.3.2 软中断机制
6.3.3 tasklet机制
6.3.4 workqueue机制
6.4 时钟中断机制
6.5 tasklet机制分析实验
6.5.1 编写tasklet机制实验程序
6.5.2 tasklet机制实验步骤
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课后练习题
第7章 系统调用
7.1 Linux中的各种API
7.1.1 Linux内核提供的常用系统调用
7.1.2 Linux API和常见的库
7.1.3 比较Linux API与POSIX API
7.2 系统调用的机制
7.2.1 系统调用的作用
7.2.2 中断、异常和系统调用比较
7.3 系统调用的流程
7.3.1 系统调用基本流程
7.3.2 系统调用表
7.3.3 从用户态跟踪一个系统调用到内核
7.4 系统调用的优化
7.5 添加系统调用实验
7.5.1 Linux添加系统调用的方法
7.5.2 编译内核法添加系统调用
7.5.3 验证添加系统调用是否成功
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课后练习题
第8章 内核同步
8.1 内核同步概述
8.1.1 内核同步引入
8.1.2 竞态条件及其导致的错误
8.1.3 临界区
8.2 原子操作和锁
8.2.1 原子操作
8.2.2 锁机制
8.2.3 死锁
8.3 其他同步机制
8.3.1 中断屏蔽
8.3.2 自旋锁
8.3.3 信号量
8.4 生产者-消费者问题
8.5 RCU锁的使用实验
8.5.1 RCU锁使用
8.5.2 实验流程
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课后练习题
第9章 文件系统
9.1 虚拟文件系统的引入
9.1.1 一切皆是文件
9.1.2 文件系统类型
9.1.3 文件存储
9.1.4 安装文件系统
9.2 虚拟文件系统的主要数据结构
9.2.1 虚拟文件系统框架
9.2.2 虚拟文件系统对象
9.2.3 相关的数据结构
9.3 文件系统中的各种缓存
9.3.1 缓冲区分类
9.3.2 页和块缓存
9.3.3 节点和目录缓存
9.4 文件系统的查找和读写
9.4.1 文件查找过程
9.4.2 文件的读写过程
9.5 文件系统查看实验
9.5.1 文件系统查看流程
9.5.2 创建、挂载和分析文件
9.5.3 分析超级块信息和inode表
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课后练习题
第10章 设备驱动
10.1 设备驱动概述
10.1.1 设备驱动程序
10.1.2 设备驱动的分层
10.1.3 设备的分类
10.2 I/O空间管理
10.2.1 设备控制器
10.2.2 内存映射和I/O映射
10.3 设备驱动模型
10.3.1 设备驱动模型的引入
10.3.2 kobject、ktype和kset
10.3.3 platform平台总线模型
10.4 字符设备驱动程序
10.4.1 字符设备
10.4.2 字符设备驱动接口函数
10.5 块设备驱动程序
10.5.1 块设备
10.5.2 电梯调度
10.5.3 块设备驱动的核心结构
10.6 字符设备编写实验
10.6.1 字符设备和编译源码
10.6.2 字符设备实验步骤
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课后练习题
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