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出版者:人民邮电出版社

作者:王中一

出品人:

页数:334

译者:

出版时间:2000-11

价格:32.0

装帧:精装

isbn号码:9787115089038

丛书系列:

图书标签:

• Windows 2000
• 系统管理
• 实战
• 网络
• 服务器
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• 维护
• IT技术
• Windows Server
• 经典教材

深入探索现代操作系统内核：《高性能Linux系统架构与调优实战指南》 内容提要： 本书并非一本面向特定旧版操作系统的教程，而是将视角聚焦于当前云计算、大数据和高性能计算领域的主流基石——Linux内核的最新架构、深度优化技术以及系统级故障排查方法。全书共分为五大部分，超过三十个章节，旨在为系统工程师、内核开发者和架构师提供一套全面、实战性极强的工具集与知识体系。 第一部分：现代Linux内核架构精览 (深入理解底层逻辑) 本部分首先摒弃了对过时系统的讲解，转而深入剖析了Linux内核版本 5.x 及以上版本的核心组件和设计哲学。内容涵盖了： 1. 内核内存管理革新： 详细解析了 NUMA 架构下的内存分配策略（如 numa_balancing 和 active memory offloading），LSM（Low-Level Memory Selection）机制，以及 Slab、SLUB、SLOB 缓存分配器的演进与性能差异。重点对比了当前主流发行版默认采用的内存管理策略及其对容器化工作负载的影响。 2. 进程调度器的深度剖析： 详尽阐述了 CFS（Completely Fair Scheduler）的调度实体、调度类、负载均衡算法，以及针对实时性应用（RT）和非对称多核（HMP/big.LITTLE）环境的特殊调度策略。引入了 eBPF 在运行时观测调度事件中的应用。 3. 中断处理与上下文切换： 剖析了中断子系统（如 RCU、softirqs 和 tasklets）的执行流程，系统调用的性能开销分析，以及如何利用硬件特性（如 MSI-X）来最小化中断延迟。 4. VFS (Virtual Filesystem) 结构与缓存机制： 探讨了现代 Ext4、XFS 以及面向云环境的分布式文件系统（如 CephFS/GlusterFS）在内核中的抽象层实现，重点讲解了 dentry 缓存和 inode 缓存的同步与失效机制。 第二部分：网络栈性能极限突破 (TCP/IP 栈的深度优化) 在高度依赖低延迟网络的应用场景中，Linux 网络栈的优化至关重要。本部分完全聚焦于现代网络技术： 1. XDP 与 eBPF 在网络处理中的应用： 详细介绍了 XDP (eXpress Data Path) 如何在驱动层接管数据包，实现零拷贝和超低延迟转发，并提供了结合 eBPF 程序进行自定义数据包过滤、负载均衡和安全审计的实战案例。 2. TCP 拥塞控制算法的演进： 对比分析了 Cubic、BBR (Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time) 算法的工作原理、公式推导及其在不同网络拓扑下的表现。提供了如何在生产环境中切换和微调这些控制器的具体步骤。 3. 零拷贝技术深入： 剖析了 sendfile/splice/tee 系统调用在内核中的实现细节，以及如何利用 io_uring 框架来构建高吞吐量的异步 I/O 密集型应用。 4. 内核旁路技术（Offloading）： 讲解了 TSO (TCP Segmentation Offload)、LRO (Large Receive Offload) 以及 RDMA/RoCE (Remote Direct Memory Access) 在现代 NIC 驱动中的集成与配置要点。 第三部分：存储系统的高效能实践 (面向 SSD/NVMe 的调优) 本部分彻底摈弃了对传统机械硬盘的关注，专注于固态存储介质的特性优化： 1. NVMe 协议栈详解： 深入理解 NVMe 队列深度、I/O Submission/Completion 队列的工作机制，以及如何通过调整驱动参数（如 `nvme-cli` 命令）来匹配应用 I/O 特性。 2. 块层 I/O 调度器的选择与配置： 对比分析了 MQ (Multi-Queue) 框架下的 None (Deadline/MQ-Deadline) 调度器与 Kyber 调度器，并根据数据库和日志系统的工作负载特性，给出精确的调度器选择指南。 3. 延迟敏感型文件系统优化： 聚焦于 XFS 的日志大小调整、Extent 格式的优化，以及 Ext4 在大文件场景下的预分配策略，确保写入性能的稳定性。 4. 持久化内存（PMEM）的集成： 介绍了 PMEM 的 DAX (Direct Access) 模式与 Bufferd I/O 模式的区别，以及如何使用 `pmem` 库来直接操作内存映射文件，实现数据库事务的快速持久化。 第四部分：系统级故障诊断与性能瓶颈定位 (使用现代工具链) 此部分是工程师解决实际问题的核心指南，完全采用现代 Linux 发行版中默认或推荐的诊断工具： 1. eBPF 驱动的动态追踪： 详细介绍如何利用 `bpftrace` 和 BCC 工具集（如 `execsnoop`, `opensnoop`, `biolatency`）来非侵入式地分析内核和用户空间的延迟源。提供构建自定义追踪脚本的详细教程。 2. 火焰图与调用栈分析： 讲解如何使用 `perf` 工具（采样、统计、硬件性能计数器）生成火焰图，并解读 CPU 占用、缓存未命中（L1/LLC Misses）和 TLB 缺失的含义，快速定位热点代码路径。 3. 内存泄漏与内存压力诊断： 使用 `jemalloc`/`tcmalloc` 的内存统计接口，结合 `/proc/$PID/smaps` 数据，进行精确的内存碎片化分析和用户态内存泄漏追踪。 4. 网络路径延迟分析： 利用 `ss` 命令的高级统计信息，结合 `tcpdump`/`tshark` 进行精细的包级别分析，并引入 `sockstat` 等工具来检查套接字队列积压情况，诊断应用层的网络拥塞。 第五部分：容器化环境下的内核隔离与安全 (面向 Cgroups v2) 针对当前主流的容器技术，本部分深入探讨了内核如何提供资源隔离和安全边界： 1. Cgroups V2 统一层次结构： 全面解析 V2 相比 V1 的优势，重点介绍内存、CPU、I/O 的统一资源控制模型。提供精确配置容器资源限制的实战手册。 2. 命名空间与资源隔离： 深入探讨 PID, UTS, Mount, Network, User 命名空间的创建、隔离原理及其对系统调用的影响。 3. 内核安全模块 (LSM) 实践： 对比分析 AppArmor 和 SELinux 在限制容器逃逸和进程权限方面的差异，并提供基于 Seccomp 过滤系统调用的最小权限集构建方案。 4. KSM (Kernel Samepage Merging) 对容器内存的影响： 分析 KSM 在内存虚拟化环境中的作用，以及在特定高性能场景下是否应该禁用它以避免性能抖动。 本书的写作风格严谨、逻辑清晰，侧重于“为什么是这样”和“如何利用这个特性来解决实际问题”，确保读者获得的是可以立即应用于现代生产环境的深度知识。

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