现代体系结构上的UNIX系统 内核程序员的对称多处理和缓存技术 修订版PDF电子书下载

第1章 回顾UNIX内核原理 1

1.1 引言 1

1.2 进程、程序和线程 2

1.3 进程地址空间 3

1.3.1 地址空间映射 5

1.4 上下文切换 6

1.5 内存管理和进程管理的系统调用 6

1.5.1 系统调用fork 7

1.5.2 系统调用exec 9

1.5.3 系统调用exit 9

1.5.4 系统调用sbrk和brk 9

1.5.5 共享内存 10

1.5.6 I/O操作 10

1.5.7 映射文件 11

1.6 小结 11

1.7 习题 11

1.8 进一步的读物 12

第一部分 高速缓存存储系统 17

第2章 高速缓存存储系统概述 17

2.1 存储器层次结构 17

2.2 高速缓存基本原理 19

2.2.1 如何存取高速缓存 19

2.2.2 虚拟地址还是物理地址 21

2.2.3 搜索高速缓存 21

2.2.4 替换策略 22

2.2.5 写策略 22

2.3 直接映射高速缓存 24

2.3.1 直接映射高速缓存的散列算法 25

2.3.2 直接映射高速缓存的实例 27

2.3.3 直接映射高速缓存的缺失处理和替换策略 30

2.3.4 直接映射高速缓存的总结 31

2.4 双路组相联高速缓存 31

2.5 n路组相联高速缓存 33

2.6 全相联高速缓存 33

2.7 n路组相联高速缓存的总结 33

2.8 高速缓存冲洗 34

2.9 无缓存的操作 35

2.10 独立的指令高速缓存和数据高速缓存 35

2.11 高速缓存的性能 37

2.12 各种高速缓存体系的差异 38

2.13 习题 38

2.14 进一步的读物 41

第3章 虚拟高速缓存 45

3.1 虚拟高速缓存的操作 45

3.2 虚拟高速缓存的问题 47

3.2.1 歧义 47

3.2.2 别名 48

3.3 管理虚拟高速缓存 50

3.3.1 上下文切换 51

3.3.2 fork 51

3.3.3 exec 54

3.3.4 exit 54

3.3.5 brk和sbrk 54

3.3.6 共享内存和映射文件 55

3.3.7 I/O 55

3.3.8 用户－内核数据的歧义 58

3.4 小结 59

3.5 习题 59

3.6 进一步的读物 61

第4章 带有键的虚拟高速缓存 63

4.1 带有键的虚拟高速缓存的操作 63

4.2 管理带有键的虚拟高速缓存 64

4.2.1 上下文切换 64

4.2.2 fork 65

4.2.3 exec 67

4.2.4 exit 68

4.2.5 brk和sbrk 68

4.2.6 共享内存和映射文件 68

4.2.7 I/O 70

4.2.8 用户－内核数据的歧义 71

4.3 在MMU中使用虚拟高速缓存 71

4.4 小结 72

4.5 习题 72

4.6 进一步的读物 74

第5章 带有物理地址标记的虚拟高速缓存 75

5.1 带有物理标记的虚拟高速缓存的组成 75

5.2 管理带有物理标记的虚拟高速缓存 78

5.2.1 上下文切换 78

5.2.2 fork 78

5.2.3 exec 79

5.2.4 exit 79

5.2.5 brk和sbrk 79

5.2.6 共享内存和映射文件 80

5.2.7 I/O 80

5.2.8 用户－内核数据的歧义 80

5.3 小结 81

5.4 习题 81

5.5 进一步的读物 82

第6章 物理高速缓存 83

6.1 物理高速缓存的组成 83

6.2 管理物理高速缓存 85

6.2.1 上下文切换 85

6.2.2 fork 85

6.2.3 exee、exit、brk和sbrk 85

6.2.4 共享内存和映射文件 86

6.2.5 用户－内核数据的歧义 86

6.2.6 I/O和总线监视 86

6.3 多级高速缓存 91

6.3.1 带有次级物理高速缓存的主虚拟高速缓存 91

6.3.2 带有物理标记的主虚拟高速缓存和次级物理高速缓存 93

6.4 小结 94

6.5 习题 95

6.6 进一步的读物 96

第7章 高效的高速缓存管理技术 97

7.1 引言 97

7.2 地址空间布局 97

7.2.1 虚拟索引的高速缓存 97

7.2.2 动态地址绑定 100

7.2.3 物理索引的高速缓存 101

7.3 受限于高速缓存大小的冲洗操作 102

7.4 滞后的高速缓存无效操作 103

7.4.1 带有键的虚拟高速缓存 104

7.4.2 没有总线监视机制的物理标记高速缓存 104

7.5 缓存对齐的数据结构 105

7.6 小结 107

7.7 习题 107

7.8 进一步的读物 108

第二部分 多处理器系统 111

第8章 多处理器系统概述 111

8.1 引言 111

8.2 紧密耦合、共享存储的对称多处理器 113

8.3 MP存储器模型 114

8.3.1 顺序存储模型 115

8.3.2 原子读和原子写 115

8.3.3 原子读－改－写操作 117

8.4 互斥 119

8.5 回顾单处理器UNIX系统上的互斥 120

8.5.1 短期互斥 121

8.5.2 带有中断处理器的互斥 121

8.5.3 长期互斥 122

8.6 在MP上使用UP互斥策略的问题 124

8.7 小结 125

8.8 习题 125

8.9 进一步的读物 127

第9章 主从内核 129

9.1 引言 129

9.2 自旋锁 130

9.3 死锁 131

9.4 主从内核的实现 133

9.4.1 运行队列的实现 133

9.4.2 从处理器的进程选择 136

9.4.3 主处理器的进程选择 137

9.4.4 时钟中断处理 137

9.5 性能考虑 137

9.6 小结 139

9.7 习题 140

9.8 进一步的读物 142

第10章 采用自旋锁的内核 145

10.1 引言 145

10.2 巨型上锁 145

10.3 不需要上锁的多线程情况 147

10.4 粗粒度上锁 148

10.5 细粒度上锁 150

10.5.1 短期互斥 150

10.5.2 长期互斥 151

10.5.3 带有中断处理器的互斥 152

10.5.4 锁的粒度 153

10.5.5 性能 154

10.5.6 内核抢占 154

10.6 休眠和唤醒对多处理器的影响 155

10.7 小结 156

10.8 习题 156

10.9 进一步的读物 159

第11章 采用信号量的内核 161

11.1 引言 161

11.1.1 采用信号量的互斥 162

11.1.2 采用信号量的同步 162

11.1.3 采用信号量分配资源 163

11.2 死锁 163

11.3 实现信号量 164

11.4 粗粒度信号量的实现 167

11.5 采用信号量的多线程 168

11.5.1 长期互斥 168

11.5.2 短期互斥 169

11.5.3 同步 169

11.6 性能考虑 170

11.6.1 测量锁争用 170

11.6.2 结对 171

11.6.3 多读锁 173

11.7 小结 177

11.8 习题 177

11.9 进一步的读物 178

第12章 其他MP原语 181

12.1 引言 181

12.2 管程 181

12.3 事件计数和定序器 183

12.4 SVR4.2 MP的MP原语 185

12.4.1 自旋锁 185

12.4.2 休眠锁 187

12.4.3 同步变量 188

12.4.4 多读锁 190

12.5 比较MP同步原语 191

12.6 小结 193

12.7 习题 193

12.8 进一步的读物 194

第13章 其他存储模型 197

13.1 引言 197

13.2 Dekker算法 198

13.3 其他存储模型 199

13.4 完全存储定序 201

13.5 部分存储定序 204

13.6 作为存储层次结构一部分的保存缓冲区 206

13.7 小结 207

13.8 习题 207

13.9 进一步的读物 208

第三部分 带有高速缓存的多处理器系统 213

第14章 MP高速缓存一致性概述 213

14.1 引言 213

14.2 高速缓存一致性问题 214

14.3 软件高速缓存一致性 217

14.3.1 共享数据不被缓存 218

14.3.2 选择性的高速缓存冲洗 219

14.3.3 处理其他存储模型 222

14.4 小结 223

14.5 习题 223

14.6 进一步的读物 224

第15章 硬件高速缓存一致性 229

15.1 引言 229

15.2 写－使无效协议 231

15.2.1 写直通－使无效协议 231

15.2.2 写一次协议 231

15.2.3 MESI协议 234

15.3 写－更新协议 235

15.3.1 Firefly协议 235

15.3.2 MIPS R4000更新协议 236

15.4 读－改－写操作的一致性 236

15.5 多级高速缓存的硬件一致性 237

15.6 其他主要的存储体系结构 238

15.6.1 交叉开关互连 238

15.6.2 基于目录的硬件高速缓存一致性 240

15.7 对软件的影响 242

15.8 非顺序存储模型的硬件一致性 243

15.9 软件的性能考虑 244

15.9.1 数据结构在高速缓存内对齐 244

15.9.2 在获得自旋锁时减少对高速缓存行的争用 245

15.9.3 一致性协议与数据用途相匹配 246

15.10 小结 247

15.11 习题 248

15.12 进一步的读物 249

附录A 体系结构汇总 255

附录B 部分习题的答案 263