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