FreeBSD操作系统设计与实现 第2版 英文版 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Marshall Kirk McKusick，George V.Neville-Neil，Robert N.M.Watson 著

图书标签:

• FreeBSD
• 操作系统
• 设计
• 实现
• 内核
• Unix
• 技术
• 编程
• 英文
• 计算机科学
• 系统编程

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115413499

版次：1

商品编码：11892504

品牌：异步图书

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-03-01

页数：846

正文语种：中文

编辑推荐

FreeBSD技术专家精品力作
FreeBSD操作系统的集大成者
全面剖析FreeBSD的内核架构

本书是FreeBSD内核完整的技术指南，在上一版的基础上进行了全面更新，以涵盖版本FreeBSD 5和版本11之间的所有重大改进。本书大约有1/3的内容是全新的，还有1/3的内容进行了完全重写。
在本书中，三位FreeBSD项目领导人先概述了FreeBSD内核的当前设计和实现，接下来从系统调用级别开始向下（从接口到内核再到硬件）讲解了FreeBSD内核。本书先解释了关键的设计决策，然后剖析了在实现每一个重要系统组件（包括进程管理、安全、虚拟内存、I/O系统、文件系统、socket IPC和网络等）时使用的概念、数据结构和算法。
读者可将本书用作工作参考，或者是深入研究当代杰出的可移植开源操作系统的学习资料。技术和销售支持人员也可以在本书中发现FreeBSD的功能以及局限性；应用开发人员将学到如何有效、高效地与FreeBSD进行交互；系统管理员将学到维护、调优和配置FreeBSD的方法；系统程序员则学到扩展、增强FreebSD以及与FreeBSD进行交互的方法。
本书涵盖了如下内容。
使用FreeBSD jail讲解高度可扩展和轻量级的虚拟化，以及使用Xen和Virtio设备半虚拟化进行虚拟设备加速；
讲解了新的安全特性，比如Capsicum沙箱和GELI加密磁盘保护；
全面支持NFSv4和Open Solaris ZFS；
介绍了FreeBSD增强的卷管理和新的日志软更新；
解释了DTrace精细的过程调试/分析；
讲解了在网络、无线和USB支持方面的主要更新。

内容简介

《FreeBSD操作系统设计与实现（第2版）英文版》是迄今为止对FreeBSD操作系统的介绍全面、丰富的学习资料。
《FreeBSD操作系统设计与实现（第2版）英文版》分为5部分，总计15章。第1部分为概述性内容，对FreeBSD操作系统的历史发展、设计和内核服务进行了简单介绍。第2部分讲解了进程相关的内容，包括进程管理、安全和存储管理等。第3部分讲解了I/O系统相关的内容，包括I/O设备、快速文件系统、泽字节文件系统、网络文件系统等。第4部分讲解了进程间通信相关的内容，包括进程间通信、网络层协议和传输层协议等。第5部分讲解了系统操作相关的内容，主要涉及了系统的启动和关闭。术语表给出了本书涉及的一些常用术语及其解释。
《FreeBSD操作系统设计与实现（第2版）英文版》既可以作为一本FreeBSD实践指南，又可作为深入研究当代可移值的开放源代码操作系统的参考书。本书适合FreeBSD操作系统技术支持人员、应用程序开发人员、系统管理员和系统程序员阅读，也可供对学习FreeBSD感兴趣的读者参考。

作者简介

Marshall Kirk McKusick编写了与UNIX和BSD主题相关的许多资料，并提供相应的咨询和教学服务。当在加州大学伯克利分校时，他实现了4.2BSD快速文件系统。他曾经是伯克利计算机系统研究组（CSRG）的一名计算机科学家，监督4.3BSD和4.4BSD的开发与发布。他当前是FreebSD基金会的董事会成员，也是一名长期的FreeBSD贡献者。他曾经担任过两次Usenix协会的主席，还是ACM、IEEE和AAAS的成员。
George V.Neville-Neil编写了与安全、网络和操作系统相关的许多资料，并提供相应的咨询和教学服务。作为FreeBSD基金会的董事会成员，他为FreeBSD核心团队服务了4年之久。从2004年起，他为Queue和Communications of the ACM写作“Kode Vicious”专栏。他当前是ACM执业委员会的副主席，也是Usenix协会、ACM、IEEE和AAAS的成员。
Robert N.M.Watson是剑桥大学计算机实验室安全研究组的一名大学讲师，负责讲授系统、安全和架构课程。他监督在计算机架构、编译器、程序分析、操作系统、网络和安全方面的高级研究。作为FreeBSD基金会的董事局成员，他为FreeBSD核心团队服务了10年之久，而且当了15年的贡献者。他是Usenix协会和ACM的会员。

目录

Part I Overview　1
第1部分 概述
Chapter 1 History and Goals　3
第1章 历史和目标
1．1 History of the UNIX System / UNIX系统的历史　3
Origins / 起源　3
Research UNIX / 研究UNIX　4
AT&T; UNIX System III and System V / AT&T; UNIX System III
和System V　5
Berkeley Software Distributions / 伯克利软件分发　6
UNIX in the World / 世界上的UNIX　7
1．2 BSD and Other Systems / BSD和其他系统　7
The Influence of the User Community / 用户社区的影响　8
1．3 The Transition of BSD to Open Source / BSD向开源的过渡　9
Networking Release 2 / 网络发布2　10
The Lawsuit / 诉讼　11
4．4BSD / 4．4BSD　13
4．4BSD-Lite Release 2 / 4．4BSD-Lite版本2　13
1．4 The FreeBSD Development Model / FreeBSD开发模型　14
References / 参考文献　17
Chapter 2 Design Overview of FreeBSD　21
第2章 FreeBSD设计概述
2．1 FreeBSD Facilities and the Kernel / FreeBSD组件与内核　21
The Kernel / 内核　22
2．2 Kernel Organization / 内核组织　23
2．3 Kernel Services / 内核服务　26
2．4 Process Management / 进程管理　26
Signals / 信号　28
Process Groups and Sessions / 进程组和会话　29
2．5 Security / 安全　29
Process Credentials / 进程凭证　31
Privilege Model / 特权模式　31
Discretionary Access Control / 自由访问控制　32
Capability Model / 能力模型　32
Jail Lightweight Virtualization / Jail轻型虚拟化　32
Mandatory Access Control / 强制访问控制　34
Event Auditing / 事件审计　35
Cryptography and Random-Number Generators /　35
加密和随机数生成器
2．6 Memory Management / 存储管理　36
BSD Memory-Management Design Decisions /　36
BSD存储管理设计决策
Memory Management Inside the Kernel / 内核中的存储管理　38
2．7 I/O System Overview / I/O系统概述　39
Descriptors and I/O / 描述符和I/O　39
Descriptor Management / 描述符管理　41
Devices / 设备　42
Socket IPC / 套接字IPC　42
Scatter-Gather I/O / 分散-收集I/O　43
Multiple Filesystem Support / 多文件系统支持　43
2．8 Devices / 设备　44
2．9 The Fast Filesystem / 快速文件系统　45
Filestores / 文件存储　48
2．10 The Zettabyte Filesystem / 泽字节文件系统　49
2．11 The Network Filesystem / 网络文件系统　50
2．12 Interprocess Communication / 进程间通信　50
2．13 Network-Layer Protocols / 网络层协议　51
2．14 Transport-Layer Protocols / 传输层协议　52
2．15 System Startup and Shutdown / 系统启动与关闭　52
Exercises / 练习　54
References / 参考文献　54
Chapter 3 Kernel Services　57
第3章 内核服务
3．1 Kernel Organization / 内核组织　57
System Processes / 系统进程　57
System Entry / 系统入口　58
Run-Time Organization / 运行时管理　59
Entry to the Kernel / 内核入口　60
Return from the Kernel / 从内核返回　61
3．2 System Calls / 系统调用　62
Result Handling / 返回处理机制　62
Returning from a System Call / 从系统调用返回　63
3．3 Traps and Interrupts / 陷阱和中断　64
I/O Device Interrupts / I/O设备中断　64
Software Interrupts / 软件中断　65
3．4 Clock Interrupts / 时钟中断　65
Statistics and Process Scheduling / 统计和进程调度机制　66
Timeouts / 超时　67
3．5 Memory-Management Services / 存储管理服务　69
3．6 Timing Services / 计时服务　73
Real Time / 实时　73
External Representation / 外部表示　73
Adjustment of the Time / 时间调整　74
Interval Time / 间隔时间　74
3．7 Resource Services / 资源服务　75
Process Priorities / 进程优先级　75
Resource Utilization / 资源利用　75
Resource Limits / 资源限制　76
Filesystem Quotas / 文件系统配额　77
3．8 Kernel Tracing Facilities / 内核跟踪组件　77
System-Call Tracing / 系统调用跟踪　77
DTrace / DTrace　78
Kernel Tracing / 内核跟踪　82
Exercises / 练习　84
References / 参考文献　85
Part II Processes　87
第II部分 进程
Chapter 4 Process Management　89
第4章 进程管理
4．1 Introduction to Process Management / 进程管理简介　89
Multiprogramming / 多程序设计　90
Scheduling / 调度机制　91
4．2 Process State / 进程状态　92
The Process Structure / 进程架构　94
The Thread Structure / 线程架构　98
4．3 Context Switching / 上下文切换　99
Thread State / 线程状态　100
Low-Level Context Switching / 低层上下文切换　100
Voluntary Context Switching / 自愿上下文切换　101
Synchronization / 同步　106
Mutex Synchronization / 互斥同步　107
Mutex Interface / 互斥接口　109
Lock Synchronization / 锁同步　110
Deadlock Prevention / 死锁预防　112
4．4 Thread Scheduling / 线程调度机制　114
The Low-Level Scheduler / 低层调度器　114
Thread Run Queues and Context Switching /　115
线程运行队列和上下文切换
Timeshare Thread Scheduling / 分时线程调度　117
Multiprocessor Scheduling / 多处理器调度　122
Adaptive Idle / 自适应空闲　125
Traditional Timeshare Thread Scheduling /　125
传统的分时线程调度
4．5 Process Creation / 创建进程　126
4．6 Process Termination / 终止进程　128
4．7 Signals / 信号　129
Posting of a Signal / 发出信号　132
Delivering a Signal / 传输信号　135
4．8 Process Groups and Sessions / 进程组和会话　136
Process Groups / 进程组　137
Sessions / 会话　138
Job Control / 作业控制　139
4．9 Process Debugging / 进程调试　142
Exercises / 练习　144
References / 参考文献　146
Chapter 5 Security　147
第5章 安全
5．1 Operating-System Security / 操作系统安全　148
5．2 Security Model / 安全模型　149
Process Model / 进程模型　149
Discretionary and Mandatory Access Control　150
自由和强制访问控制
Trusted Computing Base (TCB) / 受信计算基（TCB）　151
Other Kernel-Security Features / 其他内核安全特性　151
5．3 Process Credentials / 进程凭证　151
The Credential Structure / 凭证架构　152
Credential Memory Model / 凭证存储模型　153
Access-Control Checks / 访问控制校验　153
5．4 Users and Groups / 用户和组　154
Setuid and Setgid Binaries / Setuid和Setgid二进制　155
5．5 Privilege Model / 特权模型　157
Implicit Privilege / 隐式特权　157
Explicit Privilege / 显式特权　157
5．6 Interprocess Access Control / 进程间访问控制　159
Visibility / 可见性　160
Signals / 信号　160
Scheduling Control / 调度控制　160
Waiting on Process Termination / 等待进程终止　161
Debugging / 调试　161
5．7 Discretionary Access Control / 自由访问控制　161
The Virtual-Filesystem Interface and DAC /　162
虚拟文件系统接口和DAC
Object Owners and Groups / 对象属主和组　163
UNIX Permissions / UNIX权限　164
Access Control Lists (ACLs) / 访问控制列表（ACL）　165
POSIX．1e Access Control Lists / POSIX．1e访问控制列表　168
NFSv4 Access Control Lists / NFSv4访问控制列表　171
5．8 Capsicum Capability Model / Capsicum能力模型　174
Capsicum Application Structure / Capsicum应用架构　175
Capability Systems / 能力系统　176
Capabilities / 能力　177
Capability Mode / 能力模型　179
5．9 Jails / Jail　180
5．10 Mandatory Access-Control Framework / 强制访问控制框架　184
Mandatory Policies / 强制策略　186
Guiding Design Principles / 设计原则指导　187
Architecture of the MAC Framework / MAC框架的架构　188
Framework Startup / 启动框架　189
Policy Registration / 策略注册　190
Framework Entry-Point Design Considerations /　191
框架入口点设计考量
Policy Entry-Point Considerations / 策略入口点考量　192
Kernel Service Entry-Point Invocation / 内核服务入口点调用　193
Policy Composition / 策略组成　194
Object Labelling / 给对象打标签　195
Label Life Cycle and Memory Management /　196
标签生命周期和存储管理
Label Synchronization / 标签同步　199
Policy-Agnostic Label Management from Userspace /　199
从用户空间进行策略无关的标签管理
5．11 Security Event Auditing / 安全事件审计　200
Audit Events and Records / 审计事件和记录　201
BSM Audit Records and Audit Trails /　202
BSM审计记录和审计跟踪
Kernel-Audit Implementation / 内核审计的实施　203
5．12 Cryptographic Services / 加密服务　206
Cryptographic Framework / 加密框架　206
Random-Number Generator / 随机数生成器　208
5．13 GELI Full-Disk Encryption / GELI全磁盘加密　212
Confidentiality and Integrity Protection / 保密性和完整性保护　212
Key Management / 密钥管理　213
Starting GELI / 启动GELI　214
Cryptographic Block Protection / 加密块保护　215
I/O Model / I/O模型　216
Limitations / 限制　216
Exercises / 练习　217
References / 参考文献　217
Chapter 6 Memory Management　221
第6章 存储管理
6．1 Terminology / 术语　221
Processes and Memory / 进程和存储　222
Paging / 分页　223
Replacement Algorithms / 替换算法　224
Working-Set Model / 工作集模型　225
Swapping / 交换　225
Advantages of Virtual Memory / 虚拟存储的优势　225
Hardware Requirements for Virtual Memory /　226
虚拟存储的硬件需求
6．2 Overview of the FreeBSD Virtual-Memory System /　227
FreeBSD虚拟存储系统概述
User Address-Space Management / 用户地址空间管理　228
6．3 Kernel Memory Management / 内核存储管理　230
Kernel Maps and Submaps / 内核映射和子映射　231
Kernel Address-Space Allocation / 内核地址空间分配　233
The Slab Allocator / Slab分配器　236
The Keg Allocator / Keg分配器　238
The Zone Allocator / Zone分配器　239
Kernel Malloc / Malloc内核　241
Kernel Zone Allocator / 内核Zone分配器　243
6．4 Per-Process Resources / 每进程资源　244
FreeBSD Process Virtual-Address Space /　245
FreeBSD进程虚拟地址空间
Page-Fault Dispatch / 页面故障调度　245
Mapping to Vm_objects / 映射到Vm_objects　247
Vm_objects / Vm_objects　249
Vm_objects to Pages / Vm_object到页面　249
6．5 Shared Memory / 共享存储　250
Mmap Model / Mmap模型　251
Shared Mapping / 共享映射　253
Private Mapping / 私有映射　254
Collapsing of Shadow Chains / 阴影链的崩溃　257
Private Snapshots / 私有快照　258
6．6 Creation of a New Process / 创建一个新的进程　258
Reserving Kernel Resources / 预留内核资源　259
Duplication of the User Address Space / 用户地址空间的重复　260
Creation of a New Process Without Copying /　261
不使用复制的方式来创建新的进程
6．7 Execution of a File / 执行文件　262
6．8 Process Manipulation of Its Address Space /　263
进程以及地址空间的操作
Change of Process Size / 改变进程的大小　263
File Mapping / 文件映射　264
Change of Protection / 改变保护　266
6．9 Termination of a Process / 终止进程　266
6．10 The Pager Interface / 分页器接口　267
Vnode Pager / Vnode分页器　269
Device Pager / 设备分页器　270
Physical-Memory Pager / 物理存储分页器　272
Swap Pager / 交换分页器　272
6．11 Paging / 分页机制　276
Hardware-Cache Design / 硬件缓存设计　280
Hardware Memory Management / 硬件存储管理　282
Superpages / 超级页面　284
6．12 Page Replacement / 页面替换　289
Paging Parameters / 分页参数　291
The Pageout Daemon / 分页守护进程　292
Swapping / 交换　295
The Swap-In Process / 进程内的交换　296
6．13 Portability / 可移植性　298
The Role of the pmap Module / pmap模块的角色　299
Initialization and Startup / 初始化和启动　301
Mapping Allocation and Deallocation / 映射分配和释放　304
Change of Access and Wiring Attributes for Mappings /　306
更改映射的访问和布线属性
Maintenance of Physical Page-Usage Information /　307
物理页面使用信息的维护
Initialization of Physical Pages / 物理页面的初始化　308
Management of Internal Data Structures / 内部数据结构的管理　308
Exercises / 练习　308
References / 参考文献　310
Part III I/O System　313
第III部分 I/O系统
Chapter 7 I/O System Overview　315
第7章 I/O系统概述
7．1 Descriptor Management and Services / 描述符管理和服务　316
Open File Entries / 开放文件入口　318
Management of Descriptors / 描述符管理　319
Asynchronous I/O / 异步I/O　321
File-Descriptor Locking / 文件描述符锁定　322
Multiplexing I/O on Descriptors / 描述符上的多路复用I/O　324
Implementation of Select / Select的实现　327
Kqueues and Kevents / Kqueues和Kevents　329
Movement of Data Inside the Kernel / 数据在内核中的移动　332
7．2 Local Interprocess Communication / 本地进程间通信　333
Semaphores / 信号量　335
Message Queues / 消息队列　337
Shared Memory / 共享存储　338
7．3 The Virtual-Filesystem Interface / 虚拟文件系统接口　339
Contents of a Vnode / Vnode的内容　339
Vnode Operations / Vnode的操作　342
Pathname Translation / 路径名的转换　342
Exported Filesystem Services / 导出文件系统服务　343
7．4 Filesystem-Independent Services / 独立于文件系统的服务　344
The Name Cache / 名称缓存　346
Buffer Management / 缓冲管理　347
Implementation of Buffer Management / 缓冲管理的实现　350
7．5 Stackable Filesystems / 可堆叠的文件系统　352
Simple Filesystem Layers / 简单的文件系统层　354
The Union Filesystem / 联合文件系统　355
Other Filesystems / 其他文件系统　357
Exercises / 练习　358
References / 参考文献　359
Chapter 8 Devices　361
第8章 设备
8．1 Device Overview / 设备概述　361
The PC I/O Architecture / PC I/O架构　362
The Structure of the FreeBSD Mass Storage I/O Subsystem /　364
FreeBSD海量存储I/O子系统的架构
Device Naming and Access / 设备命名和访问　366
8．2 I/O Mapping from User to Device / 从用户到设备的I/O映射　367
Device Drivers / 设备驱动　368
I/O Queueing / I/O队列机制　369
Interrupt Handling / 中断处理　370
8．3 Character Devices / 字符设备　370
Raw Devices and Physical I/O / 原始设备和物理I/O　372
Character-Oriented Devices / 面向字符的设备　373
Entry Points for Character Device Drivers /　373
字符设备驱动的入口点
8．4 Disk Devices / 磁盘设备　374
Entry Points for Disk Device Drivers /　374
磁盘设备驱动的入口点
Sorting of Disk I/O Requests / 磁盘I/O请求的排序　375
Disk Labels / 磁盘卷标　376
8．5 Network Devices / 网络设备　378
Entry Points for Network Drivers / 网络驱动的入口点　378
Configuration and Control / 配置和控制　379
Packet Reception / 接收数据包　380
Packet Transmission / 传输数据包　381
8．6 Terminal Handling / 终端处理　382
Terminal-Processing Modes / 终端进程模型　383
User Interface / 用户接口　385
Process Groups， Sessions， and Terminal Control /　387
进程组、会话和终端控制
Terminal Operations / 终端的操作　388
Terminal Output (Upper Half) / 终端输出（上半部分）　388
Terminal Output (Lower Half) / 终端输出（下半部分）　389
Terminal Input / 终端输入　390
Closing of Terminal Devices / 关闭终端设备　391
8．7 The GEOM Layer / GEOM层　391
Terminology and Topology Rules / 术语和拓扑规则　392
Changing Topology / 更改拓扑　393
Operation / 操作　396
Topological Flexibility / 拓扑的灵活性　397
8．8 The CAM Layer / CAM层　399
The Path of a SCSI I/O Request Through the CAM Subsystem /　400
通过CAM子系统的SSCI I/O请求路径
ATA Disks / ATA磁盘　402
8．9 Device Configuration / 设备配置　402
Device Identification / 设备识别　405
Autoconfiguration Data Structures / 自动配置数据结构　407
Resource Management / 资源管理　412
8．10 Device Virtualization / 设备虚拟化　414
Interaction with the Hypervisor / 与Hypervisor进行交互　414
Virtio / Virtio　415
Xen / Xen　419
Device Pass-Through / 设备直通　427
Exercises / 练习　428
References / 参考文献　429
Chapter 9 The Fast Filesystem　431
第9章 快速文件系统
9．1 Hierarchical Filesystem Management / 分层的文件系统管理　431
9．2 Structure of an Inode / Inode的架构　433
Changes to the Inode Format / 更改Inode格式　435
Extended Attributes / 扩展属性　436
New Filesystem Capabilities / 新的文件系统能力　438
File Flags / 文件标记　439
Dynamic Inodes / 动态Inode　441
Inode Management / Inode管理　442
9．3 Naming / 命名　443
Directories / 目录　444
Finding of Names in Directories / 在目录中查找名字　446
Pathname Translation / 路径名转换　447
Links / 链接　449
9．4 Quotas / 配额　451
9．5 File Locking / 文件锁定　454
9．6 Soft Updates / 软更新　459
Update Dependencies in the Filesystem /　460
在文件系统中更新依赖
Dependency Structures / 依赖的架构　464
Bitmap Dependency Tracking / 位图依赖跟踪　466
Inode Dependency Tracking / Inode依赖跟踪　467
Direct-Block Dependency Tracking / 直接块依赖跟踪　469
Indirect-Block Dependency Tracking / 间接块依赖跟踪　470
Dependency Tracking for New Indirect Blocks　471
新间接块的依赖跟踪
New Directory-Entry Dependency Tracking　472
新目录入口的依赖跟踪
New Directory Dependency Tracking / 新的目录依赖跟踪　474
Directory-Entry Removal-Dependency Tracking /　475
目录入口移除依赖跟踪
File Truncation / 文件截断　476
File and Directory Inode Reclamation /　476
文件和目录Inode复垦
Directory-Entry Renaming Dependency Tracking /　476
目录入口重命名依赖跟踪
Fsync Requirements for Soft Updates / 软更新的Fsync请求　477
File-Removal Requirements for Soft Updates /　478
软更新的文件移除需求
Soft-Updates Requirements for fsck / fsck的软更新需求　480
9．7 Filesystem Snapshots / 文件系统快照　480
Creating a Filesystem Snapshot / 创建一个文件系统快照　481
Maintaining a Filesystem Snapshot / 维护一个文件系统快照　483
Large Filesystem Snapshots / 大型文件系统快照　484
Background fsck / fsck的背景知识　486
User-Visible Snapshots / 用户可见的快照　487
Live Dumps / 实时转储　487
9．8 Journaled Soft Updates / 记录软更新　487
Background and Introduction / 背景和简介　487
Compatibility with Other Implementations /　488
与其他实现的兼容
Journal Format / 记录的格式　488
Modifications That Require Journaling / 需要进行记录的修改　489
Additional Requirements of Journaling /　490
与记录相关的额外需求
The Recovery Process / 恢复进程　492
Performance / 性能　493
Future Work / 后续工作　494
Tracking File-Removal Dependencies / 跟踪文件移除依赖　495
9．9 The Local Filestore / 本地文件存储　496
Overview of the Filestore / 文件存储概述　497
User I/O to a File / 用户对文件的I/O　499
9．10 The Berkeley Fast Filesystem / 伯克利快速文件系统　501
Organization of the Berkeley Fast Filesystem /　502
伯克利快速文件系统的组织
Boot Blocks / 引导块　503
Optimization of Storage Utilization / 存储利用的优化　504
Reading and Writing to a File / 读写文件　505
Layout Policies / 布局策略　507
Allocation Mechanisms / 分配机制　510
Block Clustering / 块聚类　514
Extent-Based Allocation / 基于分区的分配　516
Exercises / 练习　517
References / 参考文献　519
Chapter 10 The Zettabyte Filesystem　523
第10章 泽字节文件系统
10．1 Introduction / 简介　523
10．2 ZFS Organization / ZFS的组织　527
ZFS Dnode / ZFS Dnode　528
ZFS Block Pointers / ZFS块指针　529
ZFS objset Structure / ZFS objset架构　531
10．3 ZFS Structure / ZFS架构　532
The MOS Layer / MOS层　533
The Object-Set Layer / 对象集层　534
10．4 ZFS Operation / ZFS操作　535
Writing New Data to Disk / 将新的数据写入磁盘　536
Logging / 记录日志　538
RAIDZ / RAIDZ　540
Snapshots / 快照　542
ZFS Block Allocation / ZFS块分配　542
Freeing Blocks / 释放块　543
Deduplication / 删除重复数据　545
Remote Replication / 远程复制　546
10．5 ZFS Design Tradeoffs / ZFS设计权衡　547
Exercises / 练习　549
References / 参考文献　549
Chapter 11 The Network Filesystem　551
第11章 网络文件系统
11．1 Overview / 概述　551
11．2 Structure and Operation / 架构和操作　553
The FreeBSD NFS Implementation / FreeBSD FNS的实现　558
Client–Server Interactions / 客户端与服务器的交互　562
Security Issues / 安全问题　564
Techniques for Improving Performance /　565
用于提升性能的技术
11．3 NFS Evolution / NFS的演进　567
Namespace / 名称空间　572
Attributes / 属性　572
Access Control Lists / 访问控制列表　574
Caching， Delegation， and Callbacks / 缓存、委派和回调　574
Locking / 锁定　581
Security / 安全　583
Crash Recovery / 崩溃恢复　584
Exercises / 练习　586
References / 参考文献　587
Part IV Interprocess Communication　591
第IV部分 进程间通信
Chapter 12 Interprocess Communication　593
第12章 进程间通信
12．1 Interprocess-Communication Model / 进程间通信模型　593
Use of Sockets / 使用套接字　596
12．2 Implementation Structure and Overview / 实现架构和概述　599
12．3 Memory Management / 存储管理　601
Mbufs / Mbufs　601
Storage-Management Algorithms / 存储管理算法　605
Mbuf Utility Routines / Mbuf实用例程　606
12．4 IPC Data Structures / IPC数据结构　606
Socket Addresses / 套接字地址　611
Locks / 锁　612
12．5 Connection Setup / 连接建立　612
12．6 Data Transfer / 数据传输　615
Transmitting Data / 传输数据　616
Receiving Data / 接收数据　617
12．7 Socket Shutdown / 关闭套接字　620
12．8 Network-Communication Protocol Internal Structure /　621
网络通信协议内部架构
Data Flow / 数据流　623
Communication Protocols / 通信协议　624
12．9 Socket-to-Protocol Interface / 套接字与协议之间的接口　626
Protocol User-Request Routines / 协议用户请求例程　627
Protocol Control-Output Routine / 协议控制输出例程　630
12．10 Protocol-to-Protocol Interface / 协议与协议的接口　631
pr_output / pr_output　632
pr_input / pr_input　632
pr_ctlinput / pr_ctlinput　633
12．11 Protocol-to-Network Interface / 协议与网路的接口　634
Network Interfaces and Link-Layer Protocols /　634
网络接口与链路层协议
Packet Transmission / 数据包传输　641
Packet Reception / 数据包接收　642
12．12 Buffering and Flow Control / 缓冲和流控制　643
Protocol Buffering Policies / 协议缓冲策略　643
Queue Limiting / 队列限制　643
12．13 Network Virtualization / 网络虚拟化　644
Exercises / 练习　646
References / 参考文献　648
Chapter 13 Network-Layer Protocols　649
第13章 网络层协议
13．1 Internet Protocol Version 4 / IPv4　650
IPv4 Addresses / IPv4地址　652
Broadcast Addresses / 广播地址　653
Internet Multicast / Internet多播　654
Link-Layer Address Resolution / 链路层地址解析　655
13．2 Internet Control Message Protocols (ICMP) /　657
Internet控制消息协议（ICMP）
13．3 Internet Protocol Version 6 / IPv6　659
IPv6 Addresses / IPv6地址　660
IPv6 Packet Formats / IPv6数据包格式　662
Changes to the Socket API / 更改套接字API　664
Autoconfiguration / 自动配置　666
13．4 Internet Protocols Code Structure / IP代码结构　670
Output / 输出　671
Input / 输入　673
Forwarding / 转发　674
13．5 Routing / 路由　675
Kernel Routing Tables / 内核路由表　677
Routing Lookup / 路由查找　680
Routing Redirects / 路由重定向　683
Routing-Table Interface / 路由表接口　683
User-Level Routing Policies / 用户级路由策略　684
User-Level Routing Interface： Routing Socket /　685
用户级路由接口：路由套接字
13．6 Raw Sockets / 原始套接字　686
Control Blocks / 控制块　686
Input Processing / 输入处理　687
Output Processing / 输出处理　687
13．7 Security / 安全　688
IPSec Overview / IPSec概述　689
Security Protocols / 安全协议　690
Key Management / 密钥管理　693
IPSec Implementation / IPSec实施　698
13．8 Packet-Processing Frameworks / 数据包处理框架　700
Berkeley Packet Filter / 伯克利数据包过滤器　700
IP Firewalls / IP防火墙　701
IPFW and Dummynet / IPFW和Dummynet　702
Packet Filter (PF) / 数据包过滤器（PF）　706
Netgraph / Netgraph　707
Netmap / Netmap　712
Exercises / 练习　715
References / 参考文献　717
Chapter 14 Transport-Layer Protocols　721
第14章 传输层协议
14．1 Internet Ports and Associations / Internet端口和关联　721
Protocol Control Blocks / 协议控制块　722
14．2 User Datagram Protocol (UDP) / 用户数据报协议（UDP）　723
Initialization / 初始化　723
Output / 输出　724
Input / 输入　724
Control Operations / 控制操作　725
14．3 Transmission Control Protocol (TCP) / 传输控制协议（TCP）　725
TCP Connection States / TCP连接状态　727
Sequence Variables / 序列变量　730
14．4 TCP Algorithms / TCP算法　732
Timers / 计时器　733
Estimation of Round-Trip Time / 估算往返时间　735
Connection Establishment / 连接建立　736
SYN Cache / SYN缓存　739
SYN Cookies / SYN Cookie　739
Connection Shutdown / 连接关闭　740
14．5 TCP Input Processing / TCP输入处理　741
14．6 TCP Output Processing / TCP输出处理　745
Sending Data / 发送数据　746
Avoidance of the Silly-Window Syndrome /　746
避免笨窗口综合征
Avoidance of Small Packets / 避免小数据包　747
Delayed Acknowledgments and Window Updates /　748
延迟确认和窗口更新
Selective Acknowledgment / 选择性确认　749
Retransmit State / 重传状态　751
Slow Start / 慢启动　752
Buffer and Window Sizing / 缓存和窗口大小　754
Avoidance of Congestion with Slow Start /　755
带有慢启动的拥塞避免
Fast Retransmission / 快速重传　756
Modular Congestion Control / 模块化拥塞控制　758
The Vegas Algorithm / Vegas算法　759
The Cubic Algorithm / Cubic算法　760
14．7 Stream Control Transmission Protocol (SCTP) /　761
流控传输协议（SCTP）
Chunks / 大数据块　762
Association Setup / 关联建立　762
Data Transfer / 数据传输　764
Association Shutdown / 关联关闭　766
Multihoming and Heartbeats / 多宿主和心跳　767
Exercises / 练习　768
References / 参考文献　770
Part V System Operation　773
第V部分 系统操作
Chapter 15 System Startup and Shutdown　775
第15章 系统启动和关闭
15．1 Firmware and BIOSes / 固件和BIOS　776
15．2 Boot Loaders / 引导加载程序　777
Master Boot Record and Globally Unique Identifier Partition Table /　778
主引导记录和全局唯一标识分区表
The Second-Stage Boot Loader： gptboot /
二级引导加载程序：gptboot　779
The Final-Stage Boot Loader： /boot/loader /
末级引导加载程序：/boot/loader　779
Boot Loading on Embedded Platforms /
在嵌入式平台上引导加载　781
15．3 Kernel Boot / 内核引导　782
Assembly-Language Startup / 启动汇编语言　783
Platform-Specific C-Language Startup /
启动特定于平台的C语言　784
Modular Kernel Design / 模块化内核设计　785
Module Initialization / 模块初始化　785
Basic Kernel Services / 基本的内核服务　787
Kernel-Thread Initialization / 内核线程初始化　792
Device-Module Initialization / 设备模块初始化　794
Loadable Kernel Modules / 可加载的内核模块　796
15．4 User-Level Initialization / 用户级初始化　798
/sbin/init / /sbin/init　798
System Startup Scripts / 系统启动脚本　798
/usr/libexec/getty / /usr/libexec/getty　799
/usr/bin/login / /usr/bin/login　799
15．5 System Operation / 系统操作　800
Kernel Configuration / 内核配置　800
System Shutdown and Autoreboot / 关闭和自动重启系统　801
System Debugging / 系统调试　802
Passage of Information To and From the Kernel /　803
信息在内核中的传递
Exercises / 练习　805
References / 参考文献　806
Glossary　807
术语表

前言/序言

《FreeBSD 操作系统设计与实现》（第二版） 探寻现代操作系统的核心奥秘 在信息技术飞速发展的今天，操作系统作为连接硬件与软件的桥梁，其重要性不言而喻。而 FreeBSD，作为一款稳定、高效、功能强大的开源类 Unix 操作系统，凭借其卓越的设计理念和坚实的代码实现，在服务器、嵌入式设备、网络设备等众多领域赢得了广泛的赞誉。对于希望深入理解操作系统底层机制、掌握系统设计精髓的开发者、系统管理员以及计算机科学的学生而言，《FreeBSD 操作系统设计与实现》（第二版）无疑是一本不可多得的宝贵财富。 本书并非一本简单的 FreeBSD 使用手册，它以精妙的视角，带领读者深入 FreeBSD 的心脏地带，解剖其精巧的架构，剖析其核心的设计思想，并详尽地阐述其实现细节。作者凭借其深厚的专业知识和丰富的实践经验，将 FreeBSD 复杂的内部工作原理娓娓道来，使其变得清晰易懂，引人入胜。 全景式剖析，构建知识体系 本书的编写风格严谨而系统，从宏观的整体架构到微观的模块实现，都进行了全面的覆盖。读者将有机会从以下几个核心层面，系统地构建对 FreeBSD 操作系统的认知： 内核架构与组织： 深入理解 FreeBSD 内核的整体设计，包括其模块化结构、核心服务的功能划分，以及不同子系统之间的相互作用。本书将详细介绍内核的引导过程，以及它如何管理系统资源。 进程管理与调度： 探索 FreeBSD 如何创建、管理和销毁进程，以及其精密的进程调度算法。理解进程的生命周期、上下文切换的机制，以及多任务环境下 CPU 资源的有效分配，对于优化系统性能至关重要。 内存管理： 揭示 FreeBSD 如何高效地管理物理内存和虚拟内存。本书将详细讲解内存分配、分页、交换、缓存等关键概念，并深入分析其实现策略，帮助读者理解内存管理对系统性能的影响。 文件系统： 剖析 FreeBSD 的文件系统设计，包括 UFS、ZFS 等主流文件系统的结构、操作和优化。理解文件系统的作用，以及它如何组织和访问存储设备上的数据，是理解 I/O 操作的基础。 设备驱动与 I/O 管理： 深入了解 FreeBSD 如何与硬件设备进行交互。本书将详细介绍设备驱动程序的编写、加载和管理，以及 I/O 请求的处理流程，让读者理解应用程序如何通过操作系统访问硬件。 网络协议栈： 揭秘 FreeBSD 强大的网络功能是如何实现的。本书将详细讲解 TCP/IP 协议栈的各个层次，包括套接字接口、数据包的发送与接收、拥塞控制等，为网络编程和系统优化打下坚实基础。 系统调用接口： 剖析应用程序与内核之间进行通信的桥梁——系统调用。本书将详细介绍常见的系统调用及其工作原理，帮助读者理解用户空间与内核空间之间的界限和交互方式。 线程与并发： 探索 FreeBSD 如何支持多线程编程，以及其线程模型和同步机制。理解并发编程是现代高性能应用开发的关键，本书将提供深入的指导。 深度挖掘，洞察设计智慧 《FreeBSD 操作系统设计与实现》（第二版）的价值不仅仅在于其内容的全面性，更在于其对 FreeBSD 设计理念的深刻洞察。作者在阐述具体实现细节的同时，会追溯其背后的设计决策，解释为什么 FreeBSD 会选择这样的实现方式，以及这些设计如何权衡了性能、可靠性、可扩展性等诸多因素。 例如，在讨论内存管理时，本书不会仅仅罗列算法，而是会分析不同内存管理策略的优缺点，以及 FreeBSD 在特定场景下为何选择了最优的方案。在讲解网络协议栈时，作者会深入剖析 TCP 的复杂机制，解释其在不同网络条件下的行为表现，以及 FreeBSD 如何进行优化以提升网络吞吐量和降低延迟。 这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，能够帮助读者超越简单的代码学习，真正理解操作系统的设计哲学，从而在未来的开发和系统设计中，能够做出更明智的决策。 面向读者，赋能实践 本书的读者群体广泛，涵盖了： 操作系统研究者与开发者： 对于希望深入理解类 Unix 内核原理，或参与 FreeBSD 核心开发的人员，本书提供了宝贵的参考资料和技术指导。 系统管理员： 能够帮助系统管理员更深入地理解 FreeBSD 的内部机制，从而更有效地进行系统调优、故障排查和安全加固。 网络工程师： 深入理解 FreeBSD 的网络协议栈，将有助于网络工程师更好地设计和管理网络基础设施。 计算机科学专业的学生： 是学习操作系统原理的理想教材，能够帮助学生建立扎实的理论基础，为未来的学习和职业发展奠定坚实基础。 对操作系统原理感兴趣的开发者： 即使不是 FreeBSD 的用户，本书也能提供深刻的操作系统设计思想，帮助读者理解通用操作系统的工作原理。 精炼语言，匠心独运 本书的语言风格清晰、准确且富有逻辑性。作者善于将复杂的概念转化为易于理解的叙述，并通过大量的图示和代码示例来辅助说明。即使是晦涩的技术细节，在作者的笔下也变得生动而形象。 第二版相较于第一版，在内容上进行了大量的更新和补充，反映了 FreeBSD 在过去几年中取得的进步和发展。新增了对 ZFS 文件系统的更深入探讨，以及对现代硬件特性的支持等内容，使其更具时效性和前瞻性。 结语 《FreeBSD 操作系统设计与实现》（第二版）是一本集学术性、实用性和前瞻性于一体的经典之作。它不仅仅是一本技术书籍，更是一扇通往操作系统世界深处的大门。通过阅读本书，您将不仅能够掌握 FreeBSD 操作系统的设计精髓，更能培养出对操作系统底层运作的深刻理解，为您的技术之路注入强大的动力。无论您是希望精通 FreeBSD 的专家，还是希望夯实操作系统基础的学生，抑或是对计算机底层原理充满好奇的开发者，这本书都将是您不可或缺的伙伴。翻开它，踏上这段精彩的操作系统探索之旅吧！

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，在翻开《FreeBSD操作系统设计与实现（第二版）》之前，我对“操作系统设计”这个话题多少有些敬畏。我习惯了在应用层面上工作，对底层的实现细节了解不多。然而，这本书以其独特的视角和严谨的论证，彻底改变了我的看法。作者并没有仅仅堆砌枯燥的代码和API，而是着重于解释“为什么”和“如何”。例如，在讲解网络堆栈时，他详细地阐述了 TCP/IP 协议族的演进和 FreeBSD 在其中的实现策略，包括一些高级的调优技巧。我惊喜地发现，那些我过去只是机械地配置的参数，原来背后有着如此精妙的设计理念。书中的图示也非常到位，它们帮助我直观地理解了复杂的系统流程，比如上下文切换、中断处理等。我特别欣赏的是，作者在讨论设计决策时，会提及不同的权衡和取舍，这让我认识到操作系统设计并非是银弹，而是在满足特定需求和性能目标时所做出的最优选择。这本书的阅读体验，更像是一次与经验丰富的工程师进行深入交流，他耐心地引导你一步步揭开操作系统的神秘面纱。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始我选择《FreeBSD操作系统设计与实现（第二版）》是带着一丝“挑战自我”的心态。我并非计算机科学科班出身，对操作系统的概念总是感觉有些模糊。但是，这本书的叙述方式非常人性化，作者似乎非常了解读者的可能遇到的困惑，并提前做好了准备。他用类比、故事以及循序渐进的讲解方式，将那些抽象的概念变得生动起来。例如，在解释锁机制时，他会用生活中的例子来比喻互斥锁和信号量，让我瞬间豁然开朗。而且，这本书的结构设计也十分合理，每一章都围绕一个核心主题展开，并且在前一章的基础上进行延伸。我尤其喜欢的是，书中不仅仅是理论的堆砌，还会穿插一些 FreeBSD 实际代码的引用，虽然我不会深入到每一个字节，但这些代码片段的存在，让我感觉这本书是“活”的，它连接着理论与现实。这本书让我对 FreeBSD 的系统架构有了更全面的认识，也让我更加敬佩 FreeBSD 社区的智慧和贡献。

评分☆☆☆☆☆

对于那些渴望突破“用户”界限，成为 FreeBSD 系统的“建造者”或“优化者”的读者而言，《FreeBSD操作系统设计与实现（第二版）》无疑是一剂强心针。这本书并没有止步于对现有实现的描述，而是充满了对未来发展方向的探讨，以及对性能瓶颈的分析。我尤其对书中关于 I/O 子系统性能优化的章节印象深刻，其中对异步 I/O（AIO）和内存映射文件（mmap）的深入解析，为我解决实际工作中遇到的 I/O 密集型应用的性能问题提供了宝贵的思路。作者在分析问题的过程中，大量引用了实际的性能测试数据和代码片段，这使得讨论更具说服力，也更容易被实际应用。此外，本书对于 FreeBSD 在虚拟化、容器化等新兴技术领域的应用和设计考量也有涉及，这对于我们这些需要紧跟技术潮流的开发者来说，无疑是极具价值的。我发现，阅读这本书不仅仅是学习知识，更是在学习一种解决问题的方法论，一种对系统进行深入剖析和优化的思维方式。

评分☆☆☆☆☆

终于有机会拜读这本《FreeBSD操作系统设计与实现（第二版）》了！作为一名长期使用 FreeBSD 的开发者，这本书对我来说简直是宝藏。尽管我已经对 FreeBSD 的日常使用得心应手，但总感觉自己只是在“使用”它，而非真正“理解”它。这本书就像一把钥匙，为我打开了理解 FreeBSD 内核运作机制的大门。我特别喜欢其中对内存管理、进程调度以及文件系统设计的详细阐述。作者用非常清晰的逻辑和深入浅出的语言，将那些原本枯燥晦涩的底层概念一一剖析，让我得以窥见 FreeBSD 在设计上的巧妙之处。阅读的过程中，我时常会拿出自己的 FreeBSD 系统进行对比和实验，印证书中的理论，这种学以致用的感觉非常棒。而且，书中还包含了很多最新的技术和改进，尤其是关于 NUMA（非统一内存访问）架构的支持，这对于我们这种部署在大型服务器上的应用来说至关重要。这本书绝对是任何想要深入理解 FreeBSD 或进行系统级开发的人的必备读物，它不仅提供了知识，更培养了一种对系统本质的深刻洞察力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名多年 FreeBSD 用户，我一直对 FreeBSD 的稳定性和高性能赞叹不已。然而，在接触《FreeBSD操作系统设计与实现（第二版）》之前，我对这种优越性背后的技术细节知之甚少。《FreeBSD操作系统设计与实现（第二版）》这本书，恰恰填补了我在这方面的知识空白。它不仅仅是一本技术手册，更像是一次深入 FreeBSD 核心的探险。我特别喜欢书中关于安全机制的阐述，例如权限模型、系统调用过滤以及沙盒技术等。这些内容让我看到了 FreeBSD 在保障系统安全方面所做的努力和设计考量。同时，作者对 C++ 语言在 FreeBSD 内核开发中的应用也进行了一些探讨，这对于我这个 C++ 开发者来说，非常有启发性。这本书的语言风格朴实而不失严谨，即使是一些复杂的概念，在作者的笔下也变得清晰易懂。我强烈推荐这本书给任何对 FreeBSD 操作系统有深入了解的需求的读者，它一定会让你对 FreeBSD 的认知提升到新的高度。

评分☆☆☆☆☆

挺好的，挺好的，挺好的

评分☆☆☆☆☆

一直都很喜欢FreeBSD,开源,学院派.这本书很专业,系统的讲解FreeBSD OS的设计实现.也喜欢看原版的书.

评分☆☆☆☆☆

大于20个字 拿逗豆大于20个字 拿逗豆大于20个字 拿逗豆

评分☆☆☆☆☆

够看一阵子了

评分☆☆☆☆☆

freebsd的新版，质量不错

评分☆☆☆☆☆

一直都很喜欢FreeBSD,开源,学院派.这本书很专业,系统的讲解FreeBSD OS的设计实现.也喜欢看原版的书.

评分☆☆☆☆☆

质量好，送货速度快，一般都在京东进行采购

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商品特别喜欢，物流也超级快！

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质量不错 内容很丰富