知识储备篇 2
第1章 基于Linux内核的操作系统 2
1.1 处理器、平台和操作系统 2
1.2 以安卓为例剖析操作系统 3
1.2.1 安卓的整体架构 3
1.2.2 Linux内核的核心作用 5
1.3 内核整体架构 6
1.3.1 内核代码的目录结构 6
1.3.2 内核的核心模块及关联 7
1.4 实例分析 8
1.4.1 系统响应“点击智能手机触摸屏”的过程 8
1.4.2 智能手机的传感器游戏 9
第2章 数据结构的使用 10
2.1 关系型数据结构 10
2.1.1 一对一关系 10
2.1.2 一对多关系 11
2.1.3 多对多关系 14
2.2 位操作数据结构 17
2.3 模块和内核参数传递 18
2.3.1 内嵌通用数据结构 18
2.3.2 通用结构的私有变量 18
2.4 实例分析 19
2.4.1 模块的封装 19
2.4.2 火眼金睛：看破数据结构 19
第3章 时间的衡量和计算 21
3.1 数据结构 21
3.2 时钟芯片 24
3.3 从内核的角度看时间 25
3.4 周期性和单触发的时钟中断 27
3.5 时间相关的系统调用 28
3.5.1 获取时间 28
3.5.2 给程序定个闹钟 29
3.6 实例分析 30
3.6.1 实现智能手机的长按操作 30
3.6.2 系统的时间并不如你所想 31
第4章 中断和中断处理 32
4.1 处理器识别中断 32
4.2 处理中断 33
4.2.1 中断处理程序 33
4.2.2 中断服务例程 33
4.2.3 中断处理 36
4.3 中断返回 40
4.4 系统调用 41
4.5 软中断 42
4.5.1 原理 42
4.5.2 小任务tasklet 43
4.5.3 定时器 46
4.6 实例分析 49
4.6.1 使用中断向无人驾驶系统报告紧急事件 49
4.6.2 使用watchdog预防无人机坠落 50
第5章 内核同步 51
5.1 临界区的竞争 51
5.2 同步原语 52
5.2.1 每CPU变量 52
5.2.2 volatile关键字 53
5.2.3 屏障 54
5.2.4 atomic变量 55
5.2.5 禁中断 57
5.2.6 禁抢占 57
5.2.7 自旋锁 59
5.2.8 读写锁 60
5.2.9 顺序锁 62
5.2.1 0信号量 63
5.2.1 1互斥锁 65
5.2.1 2读-拷贝-更新 66
5.3 实例分析 69
5.3.1 无人驾驶模式与人工驾驶模式的切换 69
5.3.2 智能手机触摸屏的report和suspend 69
第6章 事件的同步与异步 71
6.1 事件的异步 71
6.2 事件的同步 77
6.2.1 等待一段时间 77
6.2.2 等待事件完成 78
6.3 实例分析 81
6.3.1 使用工作队列轮询无人车环境感知数据 81
6.3.2 使用等待队列等待芯片“回复” 82
内存管理篇 85
第7章 内存寻址 85
7.1 处理器眼中的内存 85
7.2 内存分页 86
7.2.1 寻址：处理器的寻宝游戏 87
7.2.2 内存映射 90
7.3 实例分析 93
7.3.1 访问GPU的帧缓冲 93
7.3.2 MMIO的映射 93
第8章 物理内存的管理 95
8.1 物理内存的组织形式 95
8.2 启动程序 98
8.3 memblock分配器 98
8.4 伙伴系统 99
8.4.1 数据结构 100
8.4.2 页的申请和释放 101
8.5 实例分析 105
8.5.1 构造一个内存管理系统 105
8.5.2 安卓的ION 106
第9章 内存线性空间布局 107
9.1 线性空间划分 107
9.2 内核线性空间布局 107
9.2.1 直接映射区 109
9.2.2 动态映射区 110
9.2.3 永久映射区 111
9.2.4 固定映射区 111
9.3 mmap机制 112
9.3.1 函数原型 112
9.3.2 数据结构 113
9.3.3 mmap的实现 114
9.3.4 内存映射的总结 120
9.4 内存申请 120
9.4.1 得到物理内存 121
9.4.2 得到虚拟内存 121
9.5 实例分析 122
9.5.1 通过dev映射内存 122
9.5.2 几种不同的mmap映射方式 123
第10章 内存管理进阶 124
10.1 处理器的缓存 124
10.1.1 TLB缓存 124
10.1.2 内存缓存 125
10.2 缺页异常 127
10.2.1 处理缺页异常 128
10.2.2 COW的精髓 134
10.3 实例分析 135
10.3.1 利用Cache的特性优化深度学习开发 135
10.3.2 内核为molloc做了什么 136
文件系统篇 138
第11章 文件系统 138
11.1 概念和数据结构 138
11.2 文件系统的挂载 143
11.3 查找文件 148
11.4 文件操作 154
11.4.1 创建和删除目录 155
11.4.2 打开和关闭文件 156
11.4.3 文件的链接 161
11.4.4 创建节点 165
11.4.5 删除文件 166
11.5 文件的IO 167
11.5.1 fcntl函数 167
11.5.2 文件的读写 169
11.5.3 ioctl函数 170
11.6 实例分析 172
11.6.1 包罗万象的proc文件系统 172
11.6.2 陌生又熟悉的devtmpfs文件系统 175
第12章 sysfs文件系统 178
12.1 基本框架 178
12.2 数据结构 180
12.3 创建文件 182
12.4 文件的IO 183
12.5 实例分析 185
12.5.1 利用sysfs协助驱动调试 185
12.5.2 智能家居：自动调整灯光的亮度和色温 186
第13章 ext4文件系统 187
13.1 概述 187
13.2 数据结构 192
13.2.1 ext4_super_block 结构体 192
13.2.2 ext4_group_desc结构体 194
13.2.3 ext4_inode结构体 196
13.2.4 ext4_sb_info结构体 198
13.2.5 ext4_inode_info结构体 199
13.3 ext4的挂载 200
13.4 目录的结构 204
13.4.1 线性目录 204
13.4.2 哈希树目录 206
13.4.3 硬链接 209
13.5 文件的IO 210
13.5.1 映射 210
13.5.2 区段树 211
13.6 实例分析 215
13.6.1 恢复删除的文件并不神秘 215
13.6.2 文件系统的修复 215
进程管理篇 217
第14章 进程 217
14.1 概述 217
14.1.1 数据结构 217
14.1.2 扩展讨论 220
14.2 进程的创建 225
14.2.1 dup_task_struct函数 227
14.2.2 复制creds 228
14.2.3 设置时间 229
14.2.4 sched_fork函数 230
14.2.5 复制资源 231
14.2.6 申请pid 249
14.2.7 重要的杂项 251
14.3 创建进程 253
14.3.1 fork/vfork系统调用 253
14.3.2 创建线程 255
14.3.3 创建内核线程 258
14.4 进程“三巨头” 260
14.5 进程退出 262
14.5.1 退出方式 262
14.5.2 退出过程 263
14.5.3 使用wait等待子进程 266
14.6 实例分析 267
14.6.1 创建service接收无人机手柄控制信号 268
14.6.2 安卓的thread 268
第15章 进程调度 270
15.1 数据结构 270
15.2 进程调度的过程 272
15.2.1 进程被创建 273
15.2.2 唤醒进程 273
15.2.3 时钟中断 276
15.2.4 进程切换 285
15.3 stop调度类 293
15.4 实时调度类 293
15.4.1 优先级和抢占 294
15.4.2 task_tick_rt函数 295
15.4.3 选择下一个进程 297
15.5 完全公平调度类 297
15.5.1 task_fork_fair函数 299
15.5.2 enqueue_task和check_preempt 302
15.5.3 task_tick_fair函数 303
15.5.4 进程切换 304
15.6 最后期限调度类 306
15.7 idle调度类 306
15.8 进程优先级 307
15.9 实例分析 309
15.9.1 创建实时进程服务于AI的感知系统 309
15.9.2 似睡非睡的idle 310
第16章 信号处理 311
16.1 数据结构 311
16.2 捕捉信号 312
16.3 发送信号 313
16.4 处理信号 318
16.4.1 何时、如何 318
16.4.2 调用handler 320
16.4.3 处理信号后如何返回 321
16.5 实例分析 322
16.5.1 使用kill命令发送信号 322
16.5.2 使用信号监控IO事件 322
第17章 进程通信 324
17.1 经典的管道 324
17.1.1 创建pipe 324
17.1.2 pipe的操作 327
17.1.3 命名管道 331
17.2 POSIX通信 332
17.2.1 POSIX信号量 332
17.2.2 POSIX共享内存 334
17.2.3 POSIX消息队列 334
17.3 XSI通信 337
17.3.1 IPC对象的key和id 337
17.3.2 XSI信号量 339
17.3.3 XSI消息队列 342
17.3.4 XSI共享内存 344
17.4 实例分析 346
17.4.1 多线程设计加速深度学习 346
17.4.2 构建无人机的Service与Client架构 347
第18章 程序的执行 348
18.1 elf文件 348
18.1.1 概述 348
18.1.2 文件格式 349
18.2 exec函数族 356
18.2.1 数据结构 357
18.2.2 系统调用 357
18.3 实例分析 364
18.3.1 使程序高效且对系统友好 364
18.3.2 main函数的秘密 365
升华篇 367
第19章 梳理操作系统：I/O多路复用 367
19.1 select机制 367
19.2 poll机制 370
19.3 升级版：epoll 370
19.3.1 数据结构 370
19.3.2 epoll的使用 371
19.4 实例分析 373
19.4.1 事件驱动型程序架构 374
19.4.2 改良管道通信 374
第20章 智能设备的传感器开发 375
20.1 传感器在智能手机和人工智能中的应用 375
20.2 input子系统 376
20.2.1 数据结构 376
20.2.2 device和handler的注册 378
20.2.3 事件的报告 379
20.2.4 万能的evdev 380
20.3 实例分析 381
20.3.1 智能手机硬件抽象层的实现 382
20.3.2 无人驾驶的传感器 382
第21章 智能设备的Camera开发 383
21.1 Camera在人工智能中的应用 383
21.2 V4L2架构 384
21.2.1 数据结构 384
21.2.2 ioctl操作 389
21.3 Camera的核心ioctl操作 391
21.4 实例分析 394
21.4.1 安卓的Camera架构 394
21.4.2 Camera的3A控制 395
第22章 设备驱动开发：设备驱动模型 396
22.1 驱动、设备和总线 396
22.2 probe是如何被调用的 398
22.3 再论总线 399
22.4 实例分析 400
22.4.1 设计一个层次分明的驱动 400
22.4.2 提炼同质设备的驱动 401
第23章 安卓系统的核心：Binder通信 402
23.1 Binder通信的原理和结构 402
23.2 Binder的流程 404
23.2.1 ServiceManager进程管理服务 404
23.2.2 注册和获取服务 405
23.2.3 服务的过程 406
23.3 Binder的驱动 407
23.4 实例分析 410
23.4.1 使用Binder让设计变清晰 410
23.4.2 通过Binder获得传感器列表 411
第24章 从内核的角度看芯片和驱动 412
24.1 芯片的基本功能模块 412
24.1.1 复位 412
24.1.2 中断 413
24.1.3 接口 414
24.2 一个完整的芯片驱动 415
24.2.1 初始化 415
24.2.2 芯片的正常工作状态 417
24.2.3 suspend和resume 418
24.3 实例分析 420
24.3.1 加速度传感器芯片 420
24.3.2 智能手机的触摸屏芯片 421
第25章 Linux与人工智能 422
25.1 人工智能的现状 422
25.1.1 深度学习 422
25.1.2 神经网络 423
25.2 深度学习的软硬件生态 424
25.2.1 整体架构 424
25.2.2 硬件纷争 425
25.3 实例分析 425
25.3.1 无人驾驶汽车的模块分解 425
25.3.2 机器人操作系统ROS 426
附录 427
附录A 内嵌汇编语言 427
附录B 链接脚本 430
附录C 函数和宏所属文件表 433
- 《精通Linux内核网络》（以）罗森著 2015
- 《Linux内核精髓 精通Linux内核必会的75个绝技》（日）高桥浩和等著 2013
- 《Android智能穿戴设备开发从入门到精通》张明星，孙娇编著 2014
- 《Power BI智能数据分析与可视化从入门到精通》牟恩静，李杰臣编著 2019
- 《学电脑从入门到精通 智能手机软硬件维修从入门到精通》张军等编著 2015
- 《精通以太坊智能合约开发》熊丽兵编著 2018
- 《智能手机维修从入门到精通》阳鸿钧编著 2016
- 《智能手机维修从入门到精通》韩雪涛主编；吴瑛，韩广兴副主编 2019
- 《精通Linux 设备驱动程序开发》（印）温卡特斯瓦兰著 2010
- 《智能变电所 专业技能入门与精通》周裕厚编著 2010
