第1部分 概述 1
第1章 历史和目标 3
1.1 UNIX系统的历史 3
起源 3
研究UNIX 4
AT＆TUNIX SystemⅢ和System Ⅴ 5
伯克利软件分发 6
世界上的UNIX 7
1.2 BSD和其他系统 7
用户社区的影响 8
1.3 BSD向开源的过渡 9
网络发布2 10
诉讼 11
4.4BSD 13
4.4BSD-Lite版本2 13
1.4 FreeBSD开发模型 14
参考文献 17
第2章 FreeBSD设计概述 21
2.1 FreeBSD组件与内核 21
内核 22
2.2 内核组织 23
2.3 内核服务 26
2.4 进程管理 26
信号 28
进程组和会话 29
2.5 安全 29
进程凭证 31
特权模式 31
自由访问控制 32
能力模型 32
Jail轻型虚拟化 32
强制访问控制 34
事件审计 35
加密和随机数生成器 35
2.6 存储管理 36
BSD存储管理设计决策 36
内核中的存储管理 38
2.7 I/O系统概述 39
描述符和I/O 39
描述符管 41
设备 42
套接字IPC 42
分散-收集I/O 43
多文件系统支持 43
2.8 设备 44
2.9 快速文件系统 45
文件存储 48
2.10 泽字节文件系统 49
2.11 网络文件系统 50
2.12 进程间通信 50
2.13 网络层协议 51
2.14 传输层协议 52
2.15 系统启动与关闭 52
练习 54
参考文献 54
第3章 内核服务 57
3.1 内核组织 57
系统进程 57
系统入口 58
运行时管理 59
内核入口 60
从内核返回 61
3.2 系统调用 62
返回处理机制 62
从系统调用返回 63
3.3 陷阱和中断 64
I/O设备中断 64
软件中断 65
3.4 时钟中断 65
统计和进程调度机制 66
超时 67
3.5 存储管理服务 69
3.6 计时服务 73
实时 73
外部表示 73
时间调整 74
间隔时间 74
3.7 资源服务 75
进程优先级 75
资源利用 75
资源限制 76
文件系统配额 77
3.8 内核跟踪组件 77
系统调用跟踪 77
DTrace 78
内核跟踪 82
练习 84
参考文献 85
第Ⅱ部分 进程 87
第4章 进程管理 89
4.1 进程管理简介 89
多程序设计 90
调度机制 91
4.2 进程状态 92
进程架构 94
线程架构 98
4.3 上下文切换 99
线程状态 100
低层上下文切换 100
自愿上下文切换 101
同步 106
互斥同步 107
互斥接口 109
锁同步 110
死锁预防 112
4.4 线程调度机制 114
低层调度器 114
线程运行队列和上下文切换 115
分时线程调度 117
多处理器调度 122
自适应空闲 125
传统的分时线程调度 125
4.5 创建进程 126
4.6 终止进程 128
4.7 信号 129
发出信号 132
传输信号 135
4.8 进程组和会话 136
进程组 137
会话 138
作业控制 139
4.9 进程调试 142
练习 144
参考文献 146
第5章 安全 147
5.1 操作系统安全 148
5.2 安全模型 149
进程模型 149
自由和强制访问控制 150
受信计算基（TCB） 151
其他内核安全特性 151
5.3 进程凭证 151
凭证架构 152
凭证存储模型 153
访问控制校验 153
5.4 用户和组 154
Setuid和 Setgid 二进制 155
5.5 特权模型 157
隐式特权 157
显式特权 157
5.6 进程间访问控制 159
可见性 160
信号 160
调度控制 160
等待进程终止 161
调试 161
5.7 自由访问控制 161
虚拟文件系统接口和DAC 162
对象属主和组 163
UNIX权限 164
访问控制列表（ACL） 165
POSIX.1 e访问控制列表 168
NFSv4访问控制列表 171
5.8 Capsicum能力模型 174
Capsicum应用架构 175
能力系统 176
能力 177
能力模型 179
5.9 Jail 180
5.10 强制访问控制框架 184
强制策略 186
设计原则指导 187
MAC框架的架构 188
启动框架 189
策略注册 190
框架入口点设计考量 191
策略入口点考量 192
内核服务入口点调用 193
策略组成 194
给对象打标签 195
标签生命周期和存储管理 196
标签同步 199
从用户空间进行策略无关的标签管理 199
5.11 安全事件审计 200
审计事件和记录 201
BSM审计记录和审计跟踪 202
内核审计的实施 203
5.12 加密服务 206
加密框架 206
随机数生成器 208
5.13 GELI全磁盘加密 212
保密性和完整性保护 212
密钥管理 213
启动GELI 214
加密块保护 215
I/O模型 216
限制 216
练习 217
参考文献 217
第6章 存储管理 221
6.1 术语 221
进程和存储 222
分页 223
替换算法 224
工作集模型 225
交换 225
虚拟存储的优势 225
虚拟存储的硬件需求 226
6.2 FreeBSD虚拟存储系统概述 227
用户地址空间管理 228
6.3 内核存储管理 230
内核映射和子映射 231
内核地址空间分配 233
Slab分配器 236
Keg分配器 238
Zone分配器 239
Malloc内核 241
内核Zone分配器 243
6.4 每进程资源 244
FreeBSD进程虚拟地址空间 245
页面故障调度 245
映射到Vm_objects 247
Vm_objects 249
Vm_object到页面 249
6.5 共享存储 250
Mmap模型 251
共享映射 253
私有映射 254
阴影链的崩溃 257
私有快照 258
6.6 创建一个新的进程 258
预留内核资源 259
用户地址空间的重复 260
不使用复制的方式来创建新的进程 261
6.7 执行文件 262
6.8 进程以及地址空间的操作 263
改变进程的大小 263
文件映射 264
改变保护 266
6.9 终止进程 266
6.10 分页器接口 267
Vnode分页器 269
设备分页器 270
物理存储分页器 272
交换分页器 272
6.11 分页机制 276
硬件缓存设计 280
硬件存储管理 282
超级页面 284
6.12 页面替换 289
分页参数 291
分页守护进程 292
交换 295
进程内的交换 296
6.13 可移植性 298
pmap模块的角色 299
初始化和启动 301
映射分配和释放 304
更改映射的访问和布线属性 306
物理页面使用信息的维护 307
物理页面的初始化 308
内部数据结构的管理 308
练习 308
参考文献 310
第Ⅲ部分 I/O系统 313
第7章 I/O系统概述 315
7.1 描述符管理和服务 316
开放文件入口 318
描述符管理 319
异步I/O 321
文件描述符锁定 322
描述符上的多路复用I/O 324
Select的实现 327
Kqueues和Kevents 329
数据在内核中的移动 332
7.2 本地进程间通信 333
信号量 335
消息队列 337
共享存储 338
7.3 虚拟文件系统接口 339
Vnode的内容 339
Vnode的操作 342
路径名的转换 342
导出文件系统服务 343
7.4 独立于文件系统的服务 344
名称缓存 346
缓冲管理 347
缓冲管理的实现 350
7.5 可堆叠的文件系统 352
简单的文件系统层 354
联合文件系统 355
其他文件系统 357
练习 358
参考文献 359
第8章 设备 361
8.1 设备概述 361
PC I/O架构 362
FreeBSD海量存储I/O子系统的架构 364
设备命名和访问 366
8.2 从用户到设备的I/O映射 367
设备驱动 368
I/O队列机制 369
中断处理 370
8.3 字符设备 370
原始设备和物理I/O 372
面向字符的设备 373
字符设备驱动的入口点 373
8.4 磁盘设备 374
磁盘设备驱动的入口点 374
磁盘I/O 请求的排序 375
磁盘卷标 376
8.5 网络设备 378
网络驱动的入口点 378
配置和控制 379
接收数据包 380
传输数据包 381
8.6 终端处理 382
终端进程模型 383
用户接口 385
进程组、会话和终端控制 387
终端的操作 388
终端输出（上半部分） 388
终端输出（下半部分） 389
终端输入 390
关闭终端设备 391
8.7 GEOM层 391
术语和拓扑规则 392
更改拓扑 393
操作 396
拓扑的灵活性 397
8.8 CAM层 399
通过CAM子系统的SSCI I/O请求路径 400
ATA磁盘 402
8.9 设备配置 402
设备识别 405
自动配置数据结构 407
资源管理 412
8.10 设备虚拟化 414
与Hypervisor进行交互 414
Virtio 415
Xen 419
设备直通 427
练习 428
参考文献 429
第9章 快速文件系统 431
9.1 分层的文件系统管理 431
9.2 Inode的架构 433
更改Inode格式 435
扩展属性 436
新的文件系统能力 438
文件标记 439
动态Inode 441
Inode管理 442
9.3 命名 443
目录 444
在目录中查找名字 446
路径名转换 447
链接 449
9.4 配额 451
9.5 文件锁定 454
9.6 软更新 459
在文件系统中更新依赖 460
依赖的架构 464
位图依赖跟踪 466
Inode依赖跟踪 467
直接块依赖跟踪 469
间接块依赖跟踪 470
新间接块的依赖跟踪 471
新目录入口的依赖跟踪 472
新的目录依赖跟踪 474
目录入口移除依赖跟踪 475
文件截断 476
文件和目录Inode复垦 476
目录入口重命名依赖跟踪 476
软更新的Fsync请求 477
软更新的文件移除需求 478
fsck的软更新需求 480
9.7 文件系统快照 480
创建一个文件系统快照 481
维护一个文件系统快照 483
大型文件系统快照 484
fsck的背景知识 486
用户可见的快照 487
实时转储 487
9.8 记录软更新 487
背景和简介 487
与其他实现的兼容 488
记录的格式 488
需要进行记录的修改 489
与记录相关的额外需求 490
恢复进程 492
性能 493
后续工作 494
跟踪文件移除依赖 495
9.9 本地文件存储 496
文件存储概述 497
用户对文件的I/O 499
9.10 伯克利快速文件系统 501
伯克利快速文件系统的组织 502
引导块 503
存储利用的优化 504
读写文件 505
布局策略 507
分配机制 510
块聚类 514
基于分区的分配 516
练习 517
参考文献 519
第10章 泽字节文件系统 523
10.1 简介 523
10.2 ZFS的组织 527
ZFS Dnode 528
ZFS块指针 529
ZFS objset架构 531
10.3 ZFS架构 532
MOS层 533
对象集层 534
10.4 ZFS操作 535
将新的数据写入磁盘 536
记录日志 538
RAIDZ 540
快照 542
ZFS块分配 542
释放块 543
删除重复数据 545
远程复制 546
ZFS设计权衡 547
练习 549
参考文献 549
第11章 网络文件系统 551
11.1 概述 551
11.2 架构和操作 553
FreeBSD FNS 的实现 558
客户端与服务器的交互 562
安全问题 564
用于提升性能的技术 565
11.3 NFS的演进 567
名称空间 572
属性 572
访问控制列表 574
缓存、委派和回调 574
锁定 581
安全 583
崩溃恢复 584
练习 586
参考文献 587
第Ⅳ部分 进程间通信 591
第12章 进程间通信 593
12.1 进程间通信模型 593
使用套接字 596
12.2 实现架构和概述 599
12.3 存储管理 601
Mbufs 601
存储管理算法 605
Mbuf实用例程 606
12.4 IPC数据结构 606
套接字地址 611
锁 612
12.5 连接建立 612
12.6 数据传输 615
传输数据 616
接收数据 617
12.7 关闭套接字 620
12.8 网络通信协议内部架构 621
数据流 623
通信协议 624
12.9 套接字与协议之间的接口 626
协议用户请求例程 627
协议控制输出例程 630
12.10 协议与协议的接口 631
pr_output 632
pr_input 632
pr_ctlinput 633
12.11 协议与网路的接口 634
网络接口与链路层协议 634
数据包传输 641
数据包接收 642
12.12 缓冲和流控制 643
协议缓冲策略 643
队列限制 643
12.13 网络虚拟化 644
练习 646
参考文献 648
第13章 网络层协议 649
13.1 IPv4 650
IPv4地址 652
广播地址 653
Internet多播 654
链路层地址解析 655
13.2 Internet控制消息协议（ICMP） 657
13.3 IPv6 659
IPv6地址 660
IPv6数据包格式 662
更改套接字API 664
自动配置 666
13.4 IP代码结构 670
输出 671
输入 673
转发 674
13.5 路由 675
内核路由表 677
路由查找 680
路由重定向 683
路由表接口 683
用户级路由策略 684
用户级路由接口：路由套接字 685
13.6 原始套接字 686
控制块 686
输入处理 687
输出处理 687
13.7 安全 688
IPSec概述 689
安全协议 690
密钥管理 693
IPSec实施 698
13.8 数据包处理框架 700
伯克利数据包过滤器 700
IP防火墙 701
IPFW和Dummynet 702
数据包过滤器（PF） 706
Netgraph 707
Netmap 712
练习 715
参考文献 717
第14章 传输层协议 721
14.1 Internet端口和关联 721
协议控制块 722
14.2 用户数据报协议（UDP） 723
初始化 723
输出 724
输入 724
控制操作 725
14.3 传输控制协议（TCP） 725
TCP连接状态 727
序列变量 730
14.4 TCP算法 732
计时器 733
估算往返时间 735
连接建立 736
SYN缓存 739
SYN Cookie 739
连接关闭 740
14.5 TCP输入处理 741
14.6 TCP输出处理 745
发送数据 746
避免笨窗口综合征 746
避免小数据包 747
延迟确认和窗口更新 748
选择性确认 749
重传状态 751
慢启动 752
缓存和窗口大小 754
带有慢启动的拥塞避免 755
快速重传 756
模块化拥塞控制 758
Vegas算法 759
Cubic算法 760
14.7 流控传输协议（SCTP） 761
大数据块 762
关联建立 762
数据传输 764
关联关闭 766
多宿主和心跳 767
练习 768
参考文献 770
第Ⅴ部分 系统操作 773
第15章 系统启动和关闭 775
15.1 固件和BIOS 776
15.2 引导加载程序 777
主引导记录和全局唯一标识分区表 778
二级引导加载程序：gptboot 779
末级引导加载程序：/boot/loader 779
在嵌入式平台上引导加载 781
15.3 内核引导 782
启动汇编语言 783
启动特定于平台的C 语言 784
模块化内核设计 785
模块初始化 785
基本的内核服务 787
内核线程初始化 792
设备模块初始化 794
可加载的内核模块 796
15.4 用户级初始化 798
/sbin/init 798
系统启动脚本 798
/usr/libexec/getty 799
/usr/bin/login 799
15.5 系统操作 800
内核配置 800
关闭和自动重启系统 801
系统调试 802
信息在内核中的传递 803
练习 805
参考文献 806
术语表 807