雅书

内容简介：

本书从理解计算机硬件的核心工作机制(存储程序计算机和函数调用堆栈)和用户态程序如何通过系统调用陷入内核(中断异常)入手，通过上下两个方向双向夹击的策略，并利用实际可运行程序的反汇编代码从实践的角度理解操作系统内核，分析Linux内核源代码，从系统调用陷入内核、进程调度与进程切换开始，*后返回到用户态进程。

本书配有丰富的实验指导材料和练习，适合作为高等院校计算机相关专业的指导用书，也适合Linux操作系统开发人员自学。

作者简介：

孟宁，高校教师、资 深码农，主讲课程获国家精品在线开放课程认定。在读行学、网易云课堂、学堂在线、实验楼等在线教育平台的累计注册学员达10万余人次，专注于Linux内核、互联网架构、软件工程、区块链、人工智能等技术领域，与华为、IBM等多家国内外知名企业和创业公司有技术合作。

娄嘉鹏，高校教师，曾荣获北京市优 秀教师，蓝墨云平台北京市十大魅力教师等称号，讲授Java程序设计、Linux内核原理与分析、网络攻防实战、移动平台开发等课程，研究方向包括Linux内核及安全、密码系统、软件工程等。

刘宇栋，高校教师，主要研究方向包括网络攻防技术、系统安全、社交网络分析等。并讲授操作系统、Linux内核原理与分析、网络对抗技术等课程。

目  录：

第 1章　计算机工作原理 1

1.1 存储程序计算机工作模型1

1.2 x86-32汇编基础 3

1.2.1　x86-32 CPU的寄存器 4

1.2.2　数据格式 6

1.2.3　寻址方式和常用汇编指令 7

1.2.4　汇编代码范例解析 11

1.3 汇编一个简单的C语言程序并分析其汇编指令执行过程 13

1.4 单元测试题 26

1.5 实验 27

第 2章　操作系统是如何工作的 29

2.1 函数调用堆栈 29

2.2 借助Linux内核部分源代码模拟存储程序计算机工作模型及时钟中断 32

2.2.1　内嵌汇编 32

2.2.2　虚拟一个x86的CPU硬件平台 34

2.3 在mykernel基础上构造一个简单的操作系统内核 36

2.3.1　代码范例 36

2.3.2　代码分析 42

2.4 单元测试题 48

2.5 实验 48

第3章　MenuOS的构造 50

3.1 Linux内核源代码简介50

3.2 构造一个简单的Linux内核 56

3.3 跟踪调试Linux内核的启动过程 60

3.4 单元测试题 65

3.5 实验 66

第4章　系统调用的三层机制(上) 67

4.1 用户态、内核态和中断67

4.2 系统调用概述 70

4.2.1　操作系统提供的API和系统调用的关系 70

4.2.2　触发系统调用及参数传递方式 71

4.3 使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码触发同一个系统调用 72

4.3.1　使用库函数API触发一个系统调用 72

4.3.2　内嵌汇编语法简介 73

4.3.3　C代码中嵌入汇编代码触发一个系统调用 75

4.3.4　含两个参数的系统调用范例 76

4.3.5　通用的触发系统调用的库函数syscall 78

4.4 单元测试题 79

4.5 实验 80

第5章　系统调用的三层机制(下) 81

5.1 给MenuOS增加命令 81

5.2 使用gdb跟踪系统调用内核函数sys_time 83

5.3 系统调用在内核代码中的处理过程 85

5.3.1 中断向量0x80和system_call中断服务程序入口的关系 86

5.3.2 在system_call汇编代码中的系统调用内核处理函数 87

5.3.3 整体上理解系统调用的内核处理过程 88

5.4 单元测试题 91

5.5 实验 92

第6章　进程的描述和进程的创建 93

6.1 进程的描述 93

6.2 进程的创建 97

6.2.1 0号进程的初始化98

6.2.2 内存管理相关代码99

6.2.3 进程之间的父子、兄弟关系 100

6.2.4 保存进程上下文中CPU相关的一些状态信息的数据结构 101

6.2.5 进程的创建过程分析103

6.3 单元测试题 120

第7章　可执行程序工作原理 122

7.1 ELF目标文件格式122

7.1.1 ELF概述 122

7.1.2 ELF格式简介123

7.1.3 相关操作指令 128

7.2 程序编译 129

7.2.1 预处理 129

7.2.2 编译 130

7.2.3 汇编 131

7.2.4 链接 133

7.3 链接与库 134

7.3.1 符号与符号解析134

7.3.2 重定位 137

7.3.3 静态链接与动态链接139

7.4 程序装载 143

7.4.1 程序装载概要 143

7.4.2 fork与execve内核处理过程 148

7.4.3 庄周梦蝶 153

7.4.4 小结 154

7.5 单元测试题 155

7.6 实验 156

第8章　进程的切换和系统的一般执行过程 158

8.1 进程调度的时机 158

8.1.1 硬中断与软中断158

8.1.2 进程调度时机 159

8.2 调度策略与算法 161

8.2.1 进程的分类 161

8.2.2 调度策略 162

8.2.3 CFS调度算法164

8.3 进程上下文切换 165

8.3.1 进程执行环境的切换165

8.3.2 核心代码分析 167

8.4 Linux系统的运行过程172

8.5 Linux系统构架与执行过程概览 174

8.5.1 Linux操作系统的构架 174

8.5.2 ls命令执行过程即涉及操作系统相关概念 175

8.6 进程调度相关源代码跟踪和分析 176

8.6.1 配置运行MenuOS系统 176

8.6.2 配置gdb远程调试和设置断点 177

8.6.3 使用gdb跟踪分析schedule()函数 177

8.7 单元测试题 179