Design and Implementation of the FreeBSD Operating System

Cover......Page 1
Contents......Page 8
Preface......Page 20
About the Authors......Page 28
Part I: Overview......Page 30
  1.1 History of the UNIX System......Page 32
  1.2 BSD and Other Systems......Page 36
  1.3 The Transition of BSD to Open Source......Page 38
  1.4 The FreeBSD Development Model......Page 43
  References......Page 46
  2.1 FreeBSD Facilities and the Kernel......Page 50
  2.2 Kernel Organization......Page 52
  2.3 Kernel Services......Page 54
  2.4 Process Management......Page 55
  2.5 Memory Management......Page 58
  2.6 I/O System......Page 62
  2.7 Devices......Page 66
  2.8 Filesystems......Page 67
  2.9 Network Filesystem......Page 71
  2.10 Terminals......Page 72
  2.11 Interprocess Communication......Page 73
  2.13 Network Implementation......Page 74
  Exercises......Page 75
  References......Page 76
  3.1 Kernel Organization......Page 78
  3.2 System Calls......Page 83
  3.3 Traps and Interrupts......Page 85
  3.4 Clock Interrupts......Page 86
  3.5 Memory-Management Services......Page 90
  3.6 Timing Services......Page 94
  3.7 User, Group, and Other Identifiers......Page 95
  3.8 Resource Services......Page 99
  3.9 System-Operation Services......Page 102
  Exercises......Page 103
  References......Page 104
Part II: Processes......Page 106
  4.1 Introduction to Process Management......Page 108
  4.2 Process State......Page 111
  4.3 Context Switching......Page 117
  4.4 Thread Scheduling......Page 128
  4.5 Process Creation......Page 137
  4.6 Process Termination......Page 139
  4.7 Signals......Page 140
  4.8 Process Groups and Sessions......Page 148
  4.9 Jails......Page 152
  4.10 Process Debugging......Page 158
  Exercises......Page 161
  References......Page 162
  5.1 Terminology......Page 164
  5.2 Overview of the FreeBSD Virtual-Memory System......Page 170
  5.3 Kernel Memory Management......Page 173
  5.4 Per-Process Resources......Page 180
  5.5 Shared Memory......Page 185
  5.6 Creation of a New Process......Page 193
  5.7 Execution of a File......Page 197
  5.8 Process Manipulation of Its Address Space......Page 198
  5.9 Termination of a Process......Page 201
  5.10 The Pager Interface......Page 202
  5.11 Paging......Page 209
  5.12 Page Replacement......Page 216
  5.13 Portability......Page 225
  Exercises......Page 238
  References......Page 239
Part III: I/O System......Page 242
  6.1 I/O Mapping from User to Device......Page 244
  6.2 Character Devices......Page 248
  6.3 Disk Devices......Page 252
  6.4 Descriptor Management and Services......Page 255
  6.5 The Virtual-Filesystem Interface......Page 269
  6.6 Filesystem-Independent Services......Page 275
  6.7 Stackable Filesystems......Page 282
  Exercises......Page 289
  References......Page 290
  7.1 Device Overview......Page 292
  7.2 The GEOM Layer......Page 299
  7.3 The CAM Layer......Page 305
  7.4 The ATA Layer......Page 308
  7.5 Device Configuration......Page 310
  Exercises......Page 321
  References......Page 322
  8.1 Hierarchical Filesystem Management......Page 324
  8.2 Structure of an Inode......Page 326
  8.3 Naming......Page 336
  8.4 Quotas......Page 344
  8.5 File Locking......Page 348
  8.6 Soft Updates......Page 353
  8.7 Filesystem Snapshots......Page 378
  8.8 The Local Filestore......Page 387
  8.9 The Berkeley Fast Filesystem......Page 391
  Exercises......Page 408
  References......Page 410
  9.1 History and Overview......Page 414
  9.2 NFS Structure and Operation......Page 417
  9.3 Techniques for Improving Performance......Page 430
  Exercises......Page 438
  References......Page 439
 Chapter 10 Terminal Handling......Page 442
  10.1 Terminal-Processing Modes......Page 443
  10.2 Line Disciplines......Page 444
  10.3 User Interface......Page 445
  10.4 The tty Structure......Page 447
  10.5 Process Groups, Sessions, and Terminal Control......Page 449
  10.6 C-lists......Page 450
  10.7 RS-232 and Modem Control......Page 451
  10.8 Terminal Operations......Page 452
  Exercises......Page 459
  References......Page 460
Part IV: Interprocess Communication......Page 462
  11.1 Interprocess-Communication Model......Page 464
  11.2 Implementation Structure and Overview......Page 470
  11.3 Memory Management......Page 472
  11.4 Data Structures......Page 478
  11.5 Connection Setup......Page 484
  11.6 Data Transfer......Page 486
  11.7 Socket Shutdown......Page 492
  11.8 Local Interprocess-Communication......Page 493
  Exercises......Page 498
  References......Page 499
 Chapter 12 Network Communication......Page 502
  12.1 Internal Structure......Page 503
  12.2 Socket-to-Protocol Interface......Page 513
  12.3 Protocol–Protocol Interface......Page 517
  12.4 Interface Between Protocol and Network Interface......Page 520
  12.5 Routing......Page 523
  12.6 Buffering and Congestion Control......Page 534
  12.7 Raw Sockets......Page 535
  12.8 Additional Network-Subsystem Topics......Page 537
  Exercises......Page 539
  References......Page 541
 Chapter 13 Network Protocols......Page 542
  13.1 IPv4 Network Protocols......Page 543
  13.2 User Datagram Protocol (UDP)......Page 548
  13.3 Internet Protocol (IP)......Page 551
  13.4 Transmission Control Protocol (TCP)......Page 555
  13.5 TCP Algorithms......Page 563
  13.6 TCP Input Processing......Page 571
  13.7 TCP Output Processing......Page 575
  13.8 Internet Control Message Protocol (ICMP)......Page 585
  13.9 IPv6......Page 587
  13.10 Security......Page 598
  Exercises......Page 613
  References......Page 615
Part V: System Operation......Page 620
  14.1 Overview......Page 622
  14.2 Bootstrapping......Page 624
  14.3 Kernel Initialization......Page 625
  14.4 Kernel Module Initialization......Page 627
  14.5 User-Level Initialization......Page 636
  14.6 System Operation......Page 638
  References......Page 643
 A......Page 644
 B......Page 645
 C......Page 646
 D......Page 649
 E......Page 651
 F......Page 652
 H......Page 654
 I......Page 655
 K......Page 658
 L......Page 659
 M......Page 660
 N......Page 662
 O......Page 663
 P......Page 664
 R......Page 667
 S......Page 670
 T......Page 677
 U......Page 679
 W......Page 680
 Z......Page 681
 A......Page 682
 B......Page 683
 C......Page 684
 D......Page 686
 F......Page 688
 G......Page 690
 I......Page 691
 J......Page 693
 L......Page 694
 M......Page 695
 N......Page 696
 O......Page 697
 P......Page 698
 R......Page 701
 S......Page 702
 T......Page 708
 U......Page 709
 V......Page 710
 W......Page 711
 Z......Page 712