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

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
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作者: [美] , ,
2014-12
版次: 2
ISBN: 9787115357588
定价: 59.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 288页
字数: 452千字
正文语种: 简体中文
原版书名: UNIX(R) Systems for Modern Architectures
  •   《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。   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。 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fork
    1.5.2 系统调用exec
    1.5.3 系统调用exit
    1.5.4 系统调用sbrk和brk
    1.5.5 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 fork
    3.3.3 exec
    3.3.4 exit
    3.3.5 brk和sbrk
    3.3.6 共享内存和映射文件
    3.3.7 I/O
    3.3.8 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 fork
    4.2.3 exec
    4.2.4 exit
    4.2.5 brk和sbrk
    4.2.6 共享内存和映射文件
    4.2.7 I/O
    4.2.8 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 fork
    5.2.3 exec
    5.2.4 exit
    5.2.5 brk和sbrk
    5.2.6 共享内存和映射文件
    5.2.7 I/O
    5.2.8 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 fork
    6.2.3 exec、exit、brk和sbrk
    6.2.4 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

  • 内容简介:
      《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。
  • 目录:
    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fork
    1.5.2 系统调用exec
    1.5.3 系统调用exit
    1.5.4 系统调用sbrk和brk
    1.5.5 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 fork
    3.3.3 exec
    3.3.4 exit
    3.3.5 brk和sbrk
    3.3.6 共享内存和映射文件
    3.3.7 I/O
    3.3.8 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 fork
    4.2.3 exec
    4.2.4 exit
    4.2.5 brk和sbrk
    4.2.6 共享内存和映射文件
    4.2.7 I/O
    4.2.8 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 fork
    5.2.3 exec
    5.2.4 exit
    5.2.5 brk和sbrk
    5.2.6 共享内存和映射文件
    5.2.7 I/O
    5.2.8 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 fork
    6.2.3 exec、exit、brk和sbrk
    6.2.4 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
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    15.12 进一步的读物
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