Writing Unix Device Drivers in C/Book and Disk pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Prentice Hall Trade

作者:Phillip M. Adams

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1992-12

價格:USD 48.95

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780139638695

叢書系列:

圖書標籤:

• Unix
• Device Drivers
• C Programming
• Operating Systems
• Kernel
• Programming
• Embedded Systems
• Disk
• Tutorial
• Reference

編程實踐與係統底層解析：現代操作係統內核模塊開發指南 書籍定位： 本書旨在為有一定C語言和操作係統基礎的讀者，提供一套全麵且深入的現代操作係統內核模塊開發實踐指南。它側重於理論與實際操作相結閤，涵蓋從基礎驅動結構到復雜並發控製、內存管理和I/O交互的全景視角，幫助開發者構建穩定、高效且安全的內核組件。 核心內容概述： 本書摒棄對特定舊版係統的冗餘描述，將焦點完全集中於當前主流的、遵循現代設計範式的內核架構（如Linux內核的當前穩定版本分支）進行深入剖析與代碼實現。全書內容組織為六個核心部分，層層遞進，確保讀者能夠係統地掌握內核模塊的生命周期及其復雜性。 --- 第一部分：內核環境的奠基與模塊生命周期管理 本部分首先為讀者搭建起理解內核編程的必要基礎。我們不會停留在用戶空間的抽象概念上，而是直接深入到內核的運行環境和其獨特的內存模型。 1. 內核態與用戶態的本質區彆： 詳細闡述兩種執行環境在權限、地址空間、上下文切換和係統調用入口上的根本差異。重點分析內核態代碼的“不可容忍性”——任何錯誤都可能導緻係統崩潰，從而強調編碼的嚴謹性。 2. 模塊基礎結構與編譯係統： 深入講解內核模塊（LKM）的加載、初始化、退齣流程。精確剖析`module_init`和`module_exit`宏的實際作用，並提供使用Kbuild係統（內核編譯係統）編寫健壯的`Makefile`，實現交叉編譯和模塊依賴管理的方法。代碼示例將完全基於現代內核API，避免使用已被廢棄的函數調用。 3. 字符設備驅動的初體驗： 以最簡單的“Hello World”字符設備驅動為例，引入`file_operations`結構體，解釋文件係統如何與內核對象進行交互。重點講解`open`、`release`、`read`和`write`這四個基本操作的執行路徑和返迴值約定。 --- 第二部分：數據交互與同步機製的藝術 在並發環境中，數據同步是內核編程中最具挑戰性的部分。本部分將詳細介紹內核提供的各種同步原語及其適用場景。 4. 原子操作與內存屏障： 探討在不使用鎖的情況下，如何保證基本數據類型操作的原子性。深入講解各種原子操作函數（如`atomic_inc`係列）的底層實現原理，並解釋內存屏障（Memory Barrier）在保證指令重排順序方麵的關鍵作用。 5. 經典同步機製的深入應用： 細緻區分自鏇鎖（Spinlocks）和互斥鎖（Mutexes）的使用邊界。重點分析自鏇鎖在持有時間極短場景下的性能優勢，以及互斥鎖在可能導緻阻塞場景下的正確選擇。書中將包含大量代碼示例，展示如何正確地在中斷上下文和進程上下文中切換使用這些鎖。 6. 信號量與完成變量（Completion）： 講解信號量（Semaphores）在復雜資源控製中的應用，包括計數信號量和二值信號量。同時，闡述“完成變量”如何用於實現綫程間的同步等待，尤其是在驅動程序中等待異步硬件操作完成的場景。 --- 第三部分：中斷處理與硬件交互 理解硬件中斷是編寫設備驅動的核心。本部分聚焦於如何高效、安全地響應硬件事件。 7. 中斷的注冊與執行模型： 詳細介紹現代內核處理中斷請求（IRQ）的頂半部（Top Half）和底半部（Bottom Half）機製。分析頂半部必須保持快速和無阻塞執行的原因。 8. 延遲執行機製——Tasklets與工作隊列（Workqueues）： 深入講解Tasklets（用於短時、可快速調度的延遲工作）和工作隊列（用於調度到進程上下文執行、可能睡眠的操作）。書中會提供清晰的指導，說明何時使用哪種機製以避免死鎖或性能瓶頸。 9. 端口I/O與內存映射I/O（MMIO）： 講解CPU如何通過端口（Port）或內存地址訪問外部設備寄存器。重點介紹`inb`/`outb`係列函數和內存映射訪問（使用`ioremap`）的差異，以及對MMIO進行訪問時必須遵循的順序和屏障要求。 --- 第四部分：內存管理與緩衝區操作 內核內存的分配與釋放與用戶空間完全不同，本書將揭示內核內存分配器的奧秘。 10. 內核動態內存分配： 區彆於標準C庫的`malloc`，本書專注於講解內核專用的內存分配函數，如`kmalloc`、`vmalloc`。詳細說明它們的內存池來源、分配限製（如GFP_FLAGS的使用），以及何時應使用它們。 11. 緩衝區處理與DMA（直接內存訪問）： 闡述內核中處理I/O緩衝區數據的方法，包括`get_user_pages`和通用緩衝隊列（Skbuff）的初步概念。重點講解DMA的原理，以及如何使用DMA API（如DMA映射）來安全地在設備和內核之間傳輸數據，避免緩存一緻性問題。 --- 第五部分：係統接口與用戶空間通信 驅動程序的最終目標是為用戶空間程序提供服務。本部分關注穩定且高效的接口設計。 12. 異步通知機製： 介紹用於通知用戶空間進程事件發生的現代機製，包括： 中斷和喚醒（Wake Locks）： 用於在驅動中喚醒等待的用戶綫程。 Fasync和Poll機製： 講解如何使設備文件描述符支持`select`/`poll`/`epoll`調用，以實現高效的事件驅動編程。 13. IOCTL（Input/Output Control）的高級用法： IOCTL是設備控製的核心。本書將深入探討如何設計健壯的IOCTL命令集，包括如何使用`copy_from_user`和`copy_to_user`安全地在內核和用戶空間之間傳遞復雜數據結構，並強調輸入校驗的重要性。 --- 第六部分：調試、錯誤處理與模塊的健壯性 編寫內核代碼要求極高的容錯性。本部分提供實用的調試技巧和係統化的錯誤恢復策略。 14. 內核調試工具與日誌： 詳細介紹內核打印函數（`printk`傢族）的正確使用方法和日誌級彆。探討使用內核調試器（如KGDB）和動態調試工具（如Kprobes）進行運行時分析的流程和技巧。 15. 錯誤處理與資源清理： 強調在內核中，必須確保所有已分配的資源（內存、鎖、IRQ等）在初始化失敗或退齣時都能被完全釋放。展示如何在復雜初始化路徑中編寫迴滾（Cleanup）代碼，確保模塊加載和卸載的冪等性和安全性。 --- 目標讀者： C語言基礎紮實，熟悉數據結構和算法，對操作係統原理有深入理解的軟件工程師、係統程序員以及希望進入嵌入式或係統級開發領域的開發者。 本書特點： 全程采用現代C語言特性和主流內核API，代碼示例經過嚴格測試，專注於解決真實世界中遇到的並發、同步和I/O難題，是一本麵嚮實踐、拒絕過時信息的內核開發參考手冊。

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