现代体系结构上的UNIX系统

第1章　回顾UNIX内核原理1．1　引言1．2　进程、程序和线程1．3　进程地址空间1．3．1　地址空间映射1．4　上下文切换1．5　内存管理和进程管理的系统调用1．5．1　系统调用fork1．5．2　系统调用exec1．5．3　系统调用exit1．5．4　系统调用sbrk和brk1．5．5　共享内存1．5．6　I/O操作1．5．7　映射文件1．6　小结1．7　习题1．8　进一步的读物第一部分　高速缓存存储系统第2章　高速缓存存储系统概述2．1　存储器层次结构2．2　高速缓存基本原理2．2．1　如何存取高速缓存2．2．2　虚拟地址还是物理地址2．2．3　搜索高速缓存2．2．4　替换策略2．2．5　写策略2．3　直接映射高速缓存2．3．1　直接映射高速缓存的散列算法2．3．2　直接映射高速缓存的实例2．3．3　直接映射高速缓存的缺失处理和替换策略2．3．4　直接映射高速缓存的总结2．4　双路组相联高速缓存2．5　n路组相联高速缓存2．6　全相联高速缓存2．7　n路组相联高速缓存的总结2．8　高速缓存冲洗2．9　缓存的操作2．10　独立的指令高速缓存和数据高速缓存2．11　高速缓存的性能2．12　各种高速缓存体系的差异2．13　习题2．14　进一步的读物第3章　虚拟高速缓存3．1　虚拟高速缓存的操作3．2　虚拟高速缓存的问题3．2．1　歧义3．2．2　别名3．3　管理虚拟高速缓存3．3．1　上下文切换3．3．2　fork3．3．3　exec3．3．4　exit3．3．5　brk和sbrk3．3．6　共享内存和映射文件3．3．7　I/O3．3．8　用户-内核数据的歧义3．4　小结3．5　习题3．6　进一步的读物第4章　带有键的虚拟高速缓存4．1　带有键的虚拟高速缓存的操作4．2　管理带有键的虚拟高速缓存4．2．1　上下文切换4．2．2　fork4．2．3　exec4．2．4　exit4．2．5　brk和sbrk4．2．6　共享内存和映射文件4．2．7　I/O4．2．8　用户-内核数据的歧义4．3　在MMU中使用虚拟高速缓存4．4　小结4．5　习题4．6　进一步的读物第5章　带有物理地址标记的虚拟高速缓存5．1　带有物理标记的虚拟高速缓存的组成5．2　管理带有物理标记的虚拟高速缓存5．2．1　上下文切换5．2．2　fork5．2．3　exec5．2．4　exit5．2．5　brk和sbrk5．2．6　共享内存和映射文件5．2．7　I/O5．2．8　用户-内核数据的歧义5．3　小结5．4　习题5．5　进一步的读物第6章　物理高速缓存6．1　物理高速缓存的组成6．2　管理物理高速缓存6．2．1　上下文切换6．2．2　fork6．2．3　exec、exit、brk和sbrk6．2．4　共享内存和映射文件6．2．5　用户-内核数据的歧义6．2．6　I/O和总线监视6．3　多级高速缓存6．3．1　带有次级物理高速缓存的主虚拟高速缓存6．3．2　带有物理标记的主虚拟高速缓存和次级物理高速缓存6．4　小结6．5　习题6．6　进一步的读物第7章　高效的高速缓存管理技术7．1　引言7．2　地址空间布局7．2．1　虚拟索引的高速缓存7．2．2　动态地址绑定7．2．3　物理索引的高速缓存7．3　受限于高速缓存大小的冲洗操作7．4　滞后的高速缓存效操作7．4．1　带有键的虚拟高速缓存7．4．2　没有总线监视机制的物理标记高速缓存7．5　缓存对齐的数据结构7．6　小结7．7　习题7．8　进一步的读物第二部分　多处理器系统第8章　多处理器系统概述8．1　引言8．2　紧密耦合、共享存储的对称多处理器8．3　MP存储器模型8．3．1　顺序存储模型8．3．2　原子读和原子写8．3．3　原子读-改-写操作8．4　互斥8．5　回顾单处理器UNIX系统上的互斥8．5．1　短期互斥8．5．2　带有中断处理器的互斥8．5．3　长期互斥8．6　在MP上使用UP互斥策略的问题8．7　小结8．8　习题8．9　进一步的读物第9章　主从内核9．1　引言9．2　自旋锁9．3　死锁9．4　主从内核的实现9．4．1　运行队列的实现9．4．2　从处理器的进程选择9．4．3　主处理器的进程选择9．4．4　时钟中断处理9．5　性能考虑9．6　小结9．7　习题9．8　进一步的读物第10章　采用自旋锁的内核10．1　引言10．2　巨型上锁10．3　不需要上锁的多线程情况10．4　粗粒度上锁10．5　细粒度上锁10．5．1　短期互斥10．5．2　长期互斥10．5．3　带有中断处理器的互斥10．5．4　锁的粒度10．5．5　性能10．5．6　内核抢占10．6　休眠和唤醒对多处理器的影响10．7　小结10．8　习题10．9　进一步的读物第11章　采用信号量的内核11．1　引言11．1．1　采用信号量的互斥11．1．2　采用信号量的同步11．1．3　采用信号量分配资源11．2　死锁11．3　实现信号量11．4　粗粒度信号量的实现11．5　采用信号量的多线程11．5．1　长期互斥11．5．2　短期互斥11．5．3　同步11．6　性能考虑11．6．1　测量锁争用11．6．2　结对11．6．3　多读锁11．7　小结11．8　习题11．9　进一步的读物第12章　其他MP原语12．1　引言12．2　管程12．3　事件计数和定序器12．4　SVR4．2 MP的MP原语12．4．1　自旋锁12．4．2　休眠锁12．4．3　同步变量12．4．4　多读锁12．5　比较MP同步原语12．6　小结12．7　习题12．8　进一步的读物第13章　其他存储模型13．1　引言13．2　Dekker算法13．3　其他存储模型13．4　完全存储定序13．5　部分存储定序13．6　作为存储层次结构一部分的保存缓冲区13．7　小结13．8　习题13．9　进一步的读物第三部分　带有高速缓存的多处理器系统第14章　MP高速缓存一致性概述14．1　引言14．2　高速缓存一致性问题14．3　软件高速缓存一致性14．3．1　共享数据不被缓存14．3．2　选择性的高速缓存冲洗14．3．3　处理其他存储模型14．4　小结14．5　习题14．6　进一步的读物第15章　硬件高速缓存一致性15．1　引言15．2　写-使效协议15．2．1　写直通-使效协议15．2．2　写一次协议15．2．3　MESI协议15．3　写-更新协议15．3．1　Firefly协议15．3．2　MIPS R4000 更新协议15．4　读-改-写操作的一致性15．5　多级高速缓存的硬件一致性15．6　其他主要的存储体系结构15．6．1　交叉开关互连15．6．2　基于目录的硬件高速缓存一致性15．7　对软件的影响15．8　非顺序存储模型的硬件一致性15．9　软件的性能考虑15．9．1　数据结构在高速缓存内对齐15．9．2　在获得自旋锁时减少对高速缓存行的争用15．9．3　一致性协议与数据用途相匹配15．10　小结15．11　习题15．12　进一步的读物附录A　体系结构汇总附录B　部分习题的答案

《现代体系结构上的UNIX系统：内核程序员的对称多处理和缓存技术（修订版）》在揭示UNIX内核奥秘的诸多书籍中是具有里程碑意义的。在体现当今先进技术水平的系统上，采用对称多处理（SMP）技术和高速缓存存储系统来提高系统性能，已是颇为划算的重要技术。　　《现代体系结构上的UNIX系统：内核程序员的对称多处理和缓存技术（修订版）》以大量示例来演示所讲述的概念，其中既有代表CISC处理器的例子，也有代表RISC处理器的例子，比如Intel 80486和Pentium、Motorola 68040和88000以及MIPS和SPARC处理器。为了增进读者对概念的理解，每一章还包含了一组练习题，在本书末尾有选择地给出了部分习题的答案。　　《现代体系结构上的UNIX系统：内核程序员的对称多处理和缓存技术（修订版）》是为UNIX内核开发人员写的，它全面而通俗地阐述了高速缓存和对称多处理机的操作、二者协调工作的方法以及为了在融合两者的机器上运行操作系统必须要解决的问题。《现代体系结构上的UNIX系统：内核程序员的对称多处理和缓存技术（修订版）》首先回顾了与全书其他内容切实相关的UNIX系统内幕。回顾的目的是增进读者对UNIX操作系统概念的了解，并且定义随后使用的术语。《现代体系结构上的UNIX系统：内核程序员的对称多处理和缓存技术（修订版）》接下来的内容分为3个部分。第一部分“高速缓存存储系统”介绍了高速缓存体系结构、术语和概念，详细考察了4种常见的高速缓存实现——3种虚拟高速缓存的变体和物理高速缓存。第二部分“多处理器系统”讨论了调整单处理器内核的实现，使之适合于紧密耦合、共享存储多处理器上运行时所面临的问题和设计事宜，还研究了几种不同的实现。最后一部分介绍多处理器高速缓存一致性，这一部分通过研究高速缓存加入到一个紧密耦合、共享存储器多处理器系统时出现在操作系统和高速缓存体系结构上的问题，从而将前两个部分的内容结合到一起。　　《现代体系结构上的UNIX系统：内核程序员的对称多处理和缓存技术（修订版）》适合于大学计算机及相关专业高年级本科生或者研究生使用。每一章都包含有一组练习题，问题都需要采用这一章所提供的信息以及一些额外学到的知识来解答，习题大都建立在这一章中所出现的例子的基础之上。在本书的末尾有选择地给出了习题的答案。【作者简介】Curt Schimmel，操作系统架构师，他曾经从事过针对各种系统（从微处理器到多处理器的超级计算机）的移植和增强UNIX内核的工作，他还参加过为高效支持UNIX环境而开发的新硬件系统的设计工作。他曾是AT&T贝尔实验室的UNIX开发小组成员，后来为SGI（Silicon Graphics， Inc.）工作，目前是苹果公司高级软件工程师。