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《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。

第1章　回顾UNIX内核原理　1

1.1　引言　1

1.2　进程、程序和线程　2

1.3　进程地址空间　3

1.3.1　地址空间映射　5

1.4　上下文切换　6

1.5　内存管理和进程管理的系统调用　6

1.5.1　系统调用fork　7

1.5.2　系统调用exec　9

1.5.3　系统调用exit　9

1.5.4　系统调用sbrk和brk　9

1.5.5　共享内存　10

1.5.6　I/O操作　10

1.5.7　映射文件　11

1.6　小结　11

1.7　习题　11

1.8　进一步的读物　12

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　17

2.1　存储器层次结构　17

2.2　高速缓存基本原理　19

2.2.1　如何存取高速缓存　19

2.2.2　虚拟地址还是物理地址　21

2.2.3　搜索高速缓存　21

2.2.4　替换策略　22

2.2.5　写策略　22

2.3　直接映射高速缓存　24

2.3.1　直接映射高速缓存的散列算法　25

2.3.2　直接映射高速缓存的实例　27

2.3.3　直接映射高速缓存的缺失处理和替换策略　30

2.3.4　直接映射高速缓存的总结　31

2.4　双路组相联高速缓存　31

2.5　n路组相联高速缓存　33

2.6　全相联高速缓存　33

2.7　n路组相联高速缓存的总结　33

2.8　高速缓存冲洗　34

2.9　无缓存的操作　35

2.10　独立的指令高速缓存和数据高速缓存　35

2.11　高速缓存的性能　37

2.12　各种高速缓存体系的差异　38

2.13　习题　38

2.14　进一步的读物　41

第3章　虚拟高速缓存　45

3.1　虚拟高速缓存的操作　45

3.2　虚拟高速缓存的问题　47

3.2.1　歧义　47

3.2.2　别名　48

3.3　管理虚拟高速缓存　50

3.3.1　上下文切换　51

3.3.2　fork　51

3.3.3　exec　54

3.3.4　exit　54

3.3.5　brk和sbrk　54

3.3.6　共享内存和映射文件　55

3.3.7　I/O　55

3.3.8　用户-内核数据的歧义　58

3.4　小结　59

3.5　习题　59

3.6　进一步的读物　61

第4章　带有键的虚拟高速缓存　63

4.1　带有键的虚拟高速缓存的操作　63

4.2　管理带有键的虚拟高速缓存　64

4.2.1　上下文切换　64

4.2.2　fork　65

4.2.3　exec　67

4.2.4　exit　68

4.2.5　brk和sbrk　68

4.2.6　共享内存和映射文件　68

4.2.7　I/O　70

4.2.8　用户-内核数据的歧义　71

4.3　在MMU中使用虚拟高速缓存　71

4.4　小结　72

4.5　习题　72

4.6　进一步的读物　74

第5章　带有物理地址标记的虚拟高速缓存　75

5.1　带有物理标记的虚拟高速缓存的组成　75

5.2　管理带有物理标记的虚拟高速缓存　78

5.2.1　上下文切换　78

5.2.2　fork　78

5.2.3　exec　79

5.2.4　exit　79

5.2.5　brk和sbrk　79

5.2.6　共享内存和映射文件　80

5.2.7　I/O　80

5.2.8　用户-内核数据的歧义　80

5.3　小结　81

5.4　习题　81

5.5　进一步的读物　82

第6章　物理高速缓存　83

6.1　物理高速缓存的组成　83

6.2　管理物理高速缓存　85

6.2.1　上下文切换　85

6.2.2　fork　85

6.2.3　exec、exit、brk和sbrk　85

6.2.4　共享内存和映射文件　86

6.2.5　用户-内核数据的歧义　86

6.2.6　I/O和总线监视　86

6.3　多级高速缓存　91

6.3.1　带有次级物理高速缓存的主虚拟高速缓存　91

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　93

6.4　小结　94

6.5　习题　95

6.6　进一步的读物　96

第7章　高效的高速缓存管理技术　97

7.1　引言　97

7.2　地址空间布局　97

7.2.1　虚拟索引的高速缓存　97

7.2.2　动态地址绑定　100

7.2.3　物理索引的高速缓存　101

7.3　受限于高速缓存大小的冲洗操作　102

7.4　滞后的高速缓存无效操作　103

7.4.1　带有键的虚拟高速缓存　104

7.4.2　没有总线监视机制的物理标记高速缓存　104

7.5　缓存对齐的数据结构　105

7.6　小结　107

7.7　习题　107

7.8　进一步的读物　108

第二部分　多处理器系统

第8章　多处理器系统概述　111

8.1　引言　111

8.2　紧密耦合、共享存储的对称多处理器　113

8.3　MP存储器模型　114

8.3.1　顺序存储模型　115

8.3.2　原子读和原子写　115

8.3.3　原子读-改-写操作　117

8.4　互斥　119

8.5　回顾单处理器UNIX系统上的互斥　120

8.5.1　短期互斥　121

8.5.2　带有中断处理器的互斥　121

8.5.3　长期互斥　122

8.6　在MP上使用UP互斥策略的问题　124

8.7　小结　125

8.8　习题　125

8.9　进一步的读物　127

第9章　主从内核　129

9.1　引言　129

9.2　自旋锁　130

9.3　死锁　131

9.4　主从内核的实现　133

9.4.1　运行队列的实现　133

9.4.2　从处理器的进程选择　136

9.4.3　主处理器的进程选择　137

9.4.4　时钟中断处理　137

9.5　性能考虑　137

9.6　小结　139

9.7　习题　140

9.8　进一步的读物　142

第10章　采用自旋锁的内核　145

10.1　引言　145

10.2　巨型上锁　145

10.3　不需要上锁的多线程情况　147

10.4　粗粒度上锁　148

10.5　细粒度上锁　150

10.5.1　短期互斥　150

10.5.2　长期互斥　151

10.5.3　带有中断处理器的互斥　152

10.5.4　锁的粒度　153

10.5.5　性能　154

10.5.6　内核抢占　154

10.6　休眠和唤醒对多处理器的影响　155

10.7　小结　156

10.8　习题　156

10.9　进一步的读物　159

第11章　采用信号量的内核　161

11.1　引言　161

11.1.1　采用信号量的互斥　162

11.1.2　采用信号量的同步　162

11.1.3　采用信号量分配资源　163

11.2　死锁　163

11.3　实现信号量　164

11.4　粗粒度信号量的实现　167

11.5　采用信号量的多线程　168

11.5.1　长期互斥　168

11.5.2　短期互斥　169

11.5.3　同步　169

11.6　性能考虑　170

11.6.1　测量锁争用　170

11.6.2　结对　171

11.6.3　多读锁　173

11.7　小结　177

11.8　习题　177

11.9　进一步的读物　178

第12章　其他MP原语　181

12.1　引言　181

12.2　管程　181

12.3　事件计数和定序器　183

12.4　SVR4.2 MP的MP原语　185

12.4.1　自旋锁　185

12.4.2　休眠锁　187

12.4.3　同步变量　188

12.4.4　多读锁　190

12.5　比较MP同步原语　191

12.6　小结　193

12.7　习题　193

12.8　进一步的读物　194

第13章　其他存储模型　197

13.1　引言　197

13.2　Dekker算法　198

13.3　其他存储模型　199

13.4　完全存储定序　201

13.5　部分存储定序　204

13.6　作为存储层次结构一部分的保存缓冲区　206

13.7　小结　207

13.8　习题　207

13.9　进一步的读物　208

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　213

14.1　引言　213

14.2　高速缓存一致性问题　214

14.3　软件高速缓存一致性　217

14.3.1　共享数据不被缓存　218

14.3.2　选择性的高速缓存冲洗　219

14.3.3　处理其他存储模型　222

14.4　小结　223

14.5　习题　223

14.6　进一步的读物　224

第15章　硬件高速缓存一致性　229

15.1　引言　229

15.2　写-使无效协议　231

15.2.1　写直通-使无效协议　231

15.2.2　写一次协议　231

15.2.3　MESI协议　234

15.3　写-更新协议　235

15.3.1　Firefly协议　235

15.3.2　MIPS R4000 更新协议　236

15.4　读-改-写操作的一致性　236

15.5　多级高速缓存的硬件一致性　237

15.6　其他主要的

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。

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要读取完整的一行，高速缓存可能需要额外的存储器周期，也可能不需要，这取决于主存储系统的设计。为了获得最佳性能，主存储系统应该以高速缓存行的大小为单元传送数据，这称为突发模式(burst mode)的传送.

将指令缓存与数据缓存分离，能够有效地使高速缓存的带宽加倍。

考虑使用自身能够修改代码的程序的情形，比如LISP解释器... 虽然可能让系统中的硬件自动保持指令高速缓存和数据高速缓存的同步，但是却很少这样做。

书籍介绍

《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。