OS X与iOS内核编程

出版者:人民邮电出版社

作者:[澳] Ole Henry Halvorsen

页数:400

译者:贾 伟

出版时间:2013-6

价格:89.00

装帧:平装

isbn号码:9787115318244

丛书系列:图灵程序设计丛书·移动开发系列

具体描述

与传统的用户应用程序开发不同，内核环境更加复杂多变，任何问题都会严重影响系统的稳定性、安全性和性能，所以一定要确保内核代码中没有任何错误。本书介绍了非常实用的内核开发方法，是XNU内核开发者必备的“九阴真经”。

本书两位作者都活跃在计算机软硬件以及驱动程序开发一线，具有丰富的实战经验。Ole Henry Halvorsen是最早一批为USB 3.0和Thunderbolt创建视频硬件设备的开发人员。Douglas Clarke具有15年以上的麦金塔计算机专业软硬件开发经验。本书汇集了两位作者多年的实战经验与智慧感悟，展现了一幅XNU内核编程与设备驱动程序开发的斑斓画卷。相信在作者循循善诱、通俗易懂的讲解下，读者定能为书中的精彩内容深深吸引，渐入化境，在不知不觉中炼就内核开发的绝世武功。

如果你对iOS和Mac OS X操作系统感兴趣，关注内核开发，或者你本身就是驱动程序开发人员，那么如此精彩的一本好书绝对不容错过。

作者简介

Ole Henry Halvorsen

目前在一家生产专业视频设备的公司担任高级软件工程师，负责面向Mac、Linux和PC的高端高清视频硬件驱动程序和软件开发。他是最早一批为USB 3.0和Thunderbolt创建视频硬件设备的开发者，曾是美国SGI公司的研发工程师，致力于研究NAS和SAN存储技术，以及为超级计算和高性能计算提供解决方案。Halvorsen拥有澳大利亚莫纳什大学网络计算学士学位以及信息技术硕士学位。

Douglas Clarke

有15年以上的麦金塔计算机专业开发经验。他职业生涯的大部分时间都致力于硬件和设备驱动程序开发，曾为Mac OS 9、Mac OS X和Windows编写驱动程序。早在Mac OS X第1版面市一年以前，他就开始接触I/O Kit，从那以后一直在使用它。目前Clarke正在为实时视频应用开发驱动程序，他拥有澳大利亚莫纳什大学计算机科学学士学位。

目录信息

目 录
第1章　操作系统原理　　1
1.1 　操作系统的作用　　3
1.2 　进程管理　　3
1.3 　进程地址空间　　4
1.4 　操作系统服务　　5
1.5 　虚拟内存　　6
1.6 　调度　　8
1.7 　硬件和驱动程序　　9
1.8 　小结　　11
第2章　Mac OS X和iOS　　12
2.1 　XNU内核　　17
2.1.1 　内核扩展（KEXT）　　18
2.1.2 　Mach　　18
2.1.3 　BSD层　　27
2.1.4 　I/O Kit　　29
2.2 　小结　　31
第3章　Xcode和内核开发环境　　32
3.1 　语言的选择：C++　　32
3.2 　Xcode　　33
3.3 　“Hello World”内核扩展　　34
3.4 　加载和卸载内核扩展　　37
3.5 　使用控制台查看输出　　39
3.6 　小结　　40
第4章　I/O Kit框架　　41
4.1 　I/O Kit 模型　　41
4.2 　对象关系　　43
4.3 　Info.plist文件　　43
4.3.1 　驱动程序类　　46
4.3.2 　IORegistryExplorer　　50
4.4 　内核库：libkern　　52
4.4.1 　OSObject　　52
4.4.2 　容器类　　54
4.5 　小结　　56
第5章　应用程序与驱动程序的交互　　57
5.1 　I/O Kit框架　　58
5.2 　查找驱动程序　　58
5.3 　观察设备移除　　63
5.4 　修改设备驱动程序属性　　65
5.5 　基于状态的交互　　68
5.6 　驱动程序的通知　　79
5.7 　小结　　83
第6章　内存管理　　84
6.1 　内存类型　　84
6.1.1 　CPU物理地址　　85
6.1.2 　总线物理地址　　85
6.1.3 　用户和内核虚拟地址　　85
6.1.4 　内存顺序：大端序和小端序　　86
6.1.5 　32位和64位内存寻址　　87
6.2 　内存分配　　88
6.2.1 　底层分配机制　　89
6.2.2 　Mach内存域分配器　　89
6.2.3 　kalloc家族　　89
6.2.4 　BSD中的内存分配　　90
6.2.5 　I/O Kit内存分配　　91
6.2.6 　使用C++的new操作符分配内存　　92
6.3 　内存描述符　　92
6.3.1 　IOBufferMemoryDescriptor　　94
6.3.2 　其他的内存描述符　　95
6.4 　映射内存　　95
6.4.1 　用户空间任务到内核空间的内存映射　　95
6.4.2 　IOMemoryMap类　　97
6.4.3 　内核到用户空间任务的内存映射　　98
6.4.4 　将内存映射到指定的用户空间任务　　99
6.4.5 　物理地址映射　　100
6.5 　小结　　101
第7章　同步和线程　　102
7.1 　同步原语　　102
7.2 　原子操作　　104
7.3 　锁　　107
7.3.1 　自旋锁　　107
7.3.2 　互斥　　109
7.3.3 　条件变量　　110
7.3.4 　读/写互斥　　112
7.4 　同步异步事件：工作环　　113
7.4.1 　IOCommandGate　　115
7.4.2 　定时器　　116
7.4.3 　释放工作环　　117
7.5 　内核线程　　118
7.6 　小结　　119
第8章　USB　　120
8.1 　USB体系结构　　120
8.1.1 　USB传输速度　　122
8.1.2 　主机控制器　　123
8.1.3 　USB协议　　124
8.1.4 　端点　　126
8.1.5 　USB描述符　　126
8.1.6 　USB设备类　　127
8.2 　I/O Kit USB支持　　128
8.2.1 　USB设备和驱动程序处理　　129
8.2.2 　加载USB驱动程序　　130
8.2.3 　USB Prober　　132
8.2.4 　驱动程序示例：USB大容量存储器设备驱动程序　　133
8.2.5 　驱动程序启动　　138
8.2.6 　处理设备移除　　138
8.2.7 　枚举接口　　139
8.2.8 　枚举端点　　140
8.2.9 　执行设备请求　　141
8.2.10 　执行批量端点和中断端点的I/O　　144
8.3 　小结　　147
第9章　PCI Express和Thunderbolt　　148
9.1 　I/O Kit中的PCI　　150
9.1.1 　匹配和加载驱动程序　　151
9.1.2 　驱动程序示例：一个简单的PCI驱动程序　　154
9.1.3 　访问配置空间寄存器　　156
9.1.4 　PCI I/O内存区　　158
9.1.5 　处理设备移除　　161
9.2 　中断　　162
9.2.1 　I/O Kit中断机制　　163
9.2.2 　注册接收中断　　164
9.2.3 　启用MSI　　166
9.2.4 　处理主中断　　166
9.2.5 　处理二级中断　　168
9.3 　直接内存访问　　168
9.3.1 　将物理地址转换为总线地址　　170
9.3.2 　为DMA准备内存　　171
9.3.3 　建立分散/聚集列表　　172
9.3.4 　IODMACommand类　　173
9.4 　小结　　175
第10章　电源管理　　177
10.1 　响应电源状态改变　　179
10.2 　请求电源状态改变　　184
10.3 　处理设备空闲　　185
10.4 　观察设备电源状态改变　　186
10.5 　汇总　　187
10.6 　小结　　191
第11章　串行端口驱动程序　　192
11.1 　Mac OS X串行端口体系结构概览　　192
11.2 　串行端口驱动程序　　194
11.3 　实现IOSerialDriverSync类　　197
11.4 　串行端口状态　　200
11.5 　串行端口事件　　204
11.6 　串行数据传输　　207
11.7 　从用户空间访问串行端口　　211
11.8 　小结　　214
第12章　音频驱动程序　　215
12.1 　数字音频和音频设备简介　　215
12.2 　Core Audio　　217
12.3 　I/O Kit音频支持　　218
12.4 　实现一个音频驱动程序　　219
12.4.1 　驱动程序和硬件初始化　　221
12.4.2 　注册音频控制　　223
12.4.3 　实现音频引擎　　225
12.4.4 　 I/O引擎初始化　　226
12.4.5 　其他的音频引擎功能　　235
12.5 　小结　　236
第13章　网络　　238
13.1 　网络内核扩展　　242
13.1.1 　内核控制KPI　　242
13.1.2 　套接字过滤器　　242
13.1.3 　因特网协议过滤器　　250
13.1.4 　接口过滤器　　255
13.2 　调试和测试网络扩展　　258
13.3 　I/O Kit中的网络　　259
13.3.1 　构建简单以太网控制器驱动程序　　261
13.3.2 　MyEthernetDriver设计　　262
13.3.3 　驱动程序初始化和启动　　264
13.3.4 　介质和状态选择　　266
13.3.5 　配置设备硬件地址　　268
13.3.6 　启用和禁用设备　　268
13.3.7 　传输网络分组　　270
13.3.8 　接收分组　　271
13.3.9 　对MyEthernetDriver进行测试　　274
13.4 　小结　　276
第14章　存储系统　　277
14.1 　传输层驱动程序　　278
14.2 　IOBlockStorageDevice接口　　279
14.3 　构建RAM磁盘设备　　282
14.4 　分区规则　　292
14.4.1 　实现一个示例分区规则　　293
14.4.2 　媒介内容线索属性　　300
14.5 　媒介过滤器驱动程序　　300
14.5.1 　加密过滤器规则示例　　302
14.5.2 　创建一个自定义GUID分区表　　306
14.6 　小结　　308
第15章　用户空间USB驱动程序　　310
15.1 　背景　　310
15.2 　IOUSBLib框架　　311
15.3 　处理异步操作　　315
15.4 　IOUSBDeviceInterface类　　316
15.5 　IOUSBInterfaceInterface类　　320
15.5.1 　属性方法　　321
15.5.2 　端点数据传输方法　　322
15.5.3 　低延迟同步传输　　328
15.6 　小结　　330
第16章　调试　　331
16.1 　常见的问题类型　　331
16.2 　内核恐慌　　332
16.3 　调试机制　　333
16.3.1 　启动时修复崩溃　　335
16.3.2 　采用IOLog()追踪　　335
16.3.3 　输出栈跟踪　　336
16.3.4 　通过FireWire远程跟踪　　337
16.3.5 　远程内核核心转储　　339
16.3.6 　KDB　　340
16.3.7 　通过以太网或FireWire使用GDB远程调试　　340
16.3.8 　实时调试运行的内核　　344
16.3.9 　使用虚拟机调试　　344
16.3.10 　在内核中使用GDB调试　　344
16.3.11 　使用Activity Monitor诊断挂起进程　　354
16.3.12 　查找内存和资源泄漏　　355
16.4 　小结　　356
第17章　高级内核编程　　357
17.1 　内核中的SSE和浮点　　357
17.2 　多功能驱动程序　　358
17.3 　编写I/O Kit族　　358
17.4 　内核控制KPI　　359
17.4.1 　内核控制注册　　361
17.4.2 　客户端连接　　362
17.4.3 　获取和设置选项　　363
17.4.4 　从用户空间访问内核控制　　364
17.5 　内核中的进程处理　　365
17.6 　加载资源　　366
17.7 　KEXT资源之外的内容　　367
17.8 　内核驱动程序通知　　368
17.9 　小结　　371
第18章　部署　　372
18.1 　安装和加载内核扩展　　372
18.2 　加载首选项和设置　　374
18.3 　内核扩展的版本管理　　375
18.4 　测试和品质保证　　375
18.5 　打包KEXT和软件　　376
18.5.1 　构建Hello World内核扩展安装包　　378
18.5.2 　将内容添加至安装包　　378
18.5.3 　配置安装包　　379
18.5.4 　构建安装包　　382
18.5.5 　卸载安装包　　383
18.6 　小结　　383
索引　　385
· · · · · · (收起)

读后感

PAE：Physical Address Extension 物理地址扩展 PCM：Pulse Code Modulation 脉冲编码调制 HAL：hardware abstraction layer 硬件抽象层 GUID：Globally Unique Identifier 全局唯一标识符 1.为了提高系统的安全性和稳定性，现代操作系统将操作系统核心代码（内核）与应用程序...

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用户评价

说实话，我拿到这本书的时候，内心是带着一丝忐忑的，毕竟“内核编程”这四个字本身就透着一股高不可攀的难度。然而，这本书的编排方式完全打消了我的顾虑。它并非那种堆砌晦涩术语的理论著作，而更像是一位经验丰富的老兵，耐心地带着你走过每一段崎岖的山路。它对虚拟内存管理的阐述，是我见过的最清晰的版本之一，特别是关于页表结构和TLB管理的讲解，配以精妙的图示，即便对于那些不经常处理内存相关的工程师来说，也能迅速抓住核心要点。我特别欣赏作者在讲解复杂数据结构时，总是会穿插一些实际的内核源码片段进行佐证，这让理论不再是空中楼阁，而是可以触摸、可以验证的真实代码。这本书的价值在于它的实用性，它不仅仅是让你了解内核的结构，更是让你学会如何“与内核对话”，如何安全、高效地编写能够与其协作的驱动或扩展。这种深度的结合，让这本书在我的技术书架上拥有了无可替代的地位，绝对是系统程序员的案头必备。

这本书的深度和广度令人震惊，它仿佛是一把万能钥匙，打开了苹果操作系统设计哲学的大门。我一直对安全沙箱机制的运作原理感到好奇，这本书中对Mach端口、IPC机制的深入剖析，为我揭示了应用程序与内核之间安全通信的底层逻辑。作者对错误处理和异常机制的详尽描述，也极大地拓宽了我对系统健壮性设计的认知。以往我总是在应用层做防御性编程，读完这本书后，我开始从更底层的角度思考如何通过内核提供的原语来构建更具弹性的软件。书中对各种系统调试工具的使用技巧介绍，也极为接地气，可以直接应用到日常工作中去查找那些隐藏在深层的Bug。如果你是一个长期从事高性能网络、低延迟计算或者需要进行深度系统调试的专业人士，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种思维框架的升级。它让你有能力去质疑、去探究那些“理所当然”的系统行为，并最终能主动去塑造这些行为，而不是被动接受。阅读过程虽然需要投入大量精力，但每一次的深入理解都带来了巨大的回报。

我以一个资深开发者的身份来评价，这本书的价值在于它填补了市场上关于苹果底层技术深度探讨的空白。许多市面上的书籍要么过于基础，停留在用户空间API层面，要么就是过于碎片化，仅仅介绍某个工具的使用。而《OS X与iOS内核编程》则以一种非常系统和连贯的方式，构建了一个完整的内核知识体系。它对系统初始化流程的梳理，堪称艺术品，清晰地展示了一个苹果设备是如何从按下电源键开始，一步步加载并准备好运行环境的。书中对文件系统的抽象层次和具体实现也有独到的见解，让我对HFS+和APFS的底层差异有了更直观的认识。最让我印象深刻的是，作者没有回避那些晦涩难懂的汇编级细节，而是用清晰的逻辑将其串联起来，使得即便是面对复杂的内核数据结构，读者也能找到理解它们的切入点。对于那些渴望从“使用者”蜕变为“构建者”的工程师而言，这本书无疑是里程碑式的参考资料，它的内容是经得起时间检验的硬核干货，值得反复研读和收藏。

天呐，这本书简直是技术宝库，我简直不敢相信市面上竟然还有如此详尽且专业的内核编程指南。我个人对系统调用机制一直抱有强烈的好奇心，也尝试过阅读大量的官方文档，但那些文字总是显得晦涩难懂，缺乏一个清晰的脉络。《OS X与iOS内核编程》成功地将那些复杂的概念转化为可以理解的结构，它不仅告诉你“是什么”，更重要的是解释了“为什么是这样”以及“如何去实现”。书中对并发控制和锁机制的论述尤其精彩，特别是如何在高并发环境下确保数据一致性和避免死锁的策略，这些都是我在实际项目中经常面临的难题。作者似乎拥有将繁复的技术细节优雅地组织起来的魔力，使得即便是初次接触内核编程的读者，也能感受到一种循序渐进的引导。对于那些希望深入优化自己代码性能，或者对系统稳定性有极高要求的工程师来说，这本书的价值无法用金钱衡量。它提供的底层视角，让你在面对性能瓶颈时，不再是盲目地猜测，而是能够精准定位到系统调度的哪一个环节出了问题，这种能力是极其宝贵的。

这本书简直是为那些对苹果底层技术有着狂热追求的开发者量身定做的，读完之后，感觉自己的知识体系瞬间被提升到了一个新的高度。我原本以为自己对macOS和iOS的运行机制已经有了相当的了解，但直到翻开这本书，才发现自己之前接触的不过是冰山一角。作者深入浅出地剖析了XNU内核的各个模块，从启动过程到内存管理，再到进程调度，每一个细节都被梳理得井井有条。特别是关于I/O Kit框架的讲解，简直是教科书级别的。我曾多次在调试驱动程序时陷入僵局，而书中的实例和代码片段，如同黑夜中的灯塔，清晰地指引了我找到了问题的症结所在。那种豁然开朗的感觉，是任何其他资料都无法比拟的。如果你想真正理解苹果生态系统的“心跳”，这本书是必不可少的投资。它不仅仅是知识的传授，更像是一次系统级的思维重塑，让你不再满足于停留在应用层的API调用，而是敢于触碰系统最深处的奥秘。读完此书，感觉自己看问题的角度都变得更加深刻和全面了，对未来开发复杂、高性能应用充满了信心。

是内核编程本来就枯燥？反正看不太懂

没仔细看，等真正有用到时再看吧

是内核编程本来就枯燥？反正看不太懂

OS X内核编程入门必备，但与iOS关系不大

我觉得还是得好好看下操作系统，而没有太大的必要读这个。实际上，大部分东西都没有细看