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出版者:

作者:Terpstra, John H./ Vernooij, Jelmer R.

出品人:

页数:944

译者:

出版时间:2005-8

价格:$ 73.44

装帧:

isbn号码:9780131882225

丛书系列:Bruce Perens' Open Source Series

图书标签:

• Samba
• Linux
• Networking
• File Sharing
• Open Source
• System Administration
• Server
• IT
• Unix
• Configuration

深入理解与实践：现代网络架构的基石——Linux 内核与系统编程前沿探索 图书名称：《内核脉动：现代操作系统与高性能网络协议栈构建》 内容简介： 本书并非一本关于 Samba 协议实现的详尽手册，而是聚焦于支撑现代企业级网络服务与高性能计算环境的底层核心技术——Linux 内核、系统调用机制、并发编程范式以及 TCP/IP 协议栈的深入剖析与实践。在数据爆炸式增长和对低延迟、高吞吐量有着苛刻要求的今天，理解操作系统如何调度资源、网络数据包如何在内核空间高效流转，已成为构建稳定、快速服务的基石。《内核脉动》旨在为系统工程师、高级开发人员和架构师提供一个坚实的理论基础和大量的实战案例，以驾驭复杂的底层系统。 第一部分：Linux 内核核心架构与内存管理 本部分首先带领读者穿越 Linux 内核的迷雾，从宏观的架构设计（单体内核与微内核的权衡、模块化设计）入手，深入到进程调度与上下文切换的微观细节。我们将详细解析 CFS（Completely Fair Scheduler）的内部工作原理，探讨实时进程的调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）及其在关键任务中的应用。 内存管理是系统性能的另一大决定性因素。我们不仅会讲解虚拟内存（Virtual Memory）的概念，更会剖析 Linux 如何实现页表（Page Tables）、TLB（Translation Lookaside Buffer）的管理与刷新。重点内容包括：内核态与用户态的内存划分、mmap 的工作机制，以及高效的内存分配器（Slab/SLUB/SLOB）在不同负载下的性能差异。书中将通过性能分析工具（如 `perf` 和 `ftrace`）来演示内存访问局部性对程序性能的影响，并提供优化用户空间大内存访问模式的实践指南。 第二部分：系统调用接口与进程间通信（IPC） 系统调用是用户空间程序与内核进行交互的唯一桥梁。本书将系统地梳理主要的系统调用接口，特别是文件 I/O（如 `open`, `read`, `write`, `mmap`）和进程控制（如 `fork`, `execve`, 信号处理）的底层实现路径。我们将深入研究系统调用的陷阱（Trap）机制、参数传递过程以及内核栈帧的构建，揭示系统调用的开销所在。 在现代分布式系统中，高效的 IPC 至关重要。本书将对比分析多种 IPC 机制的优劣：管道（Pipes）与命名管道（FIFOs）的局限性，System V IPC (共享内存、消息队列、信号量)的经典应用，以及 POSIX 消息队列和 D-Bus 的现代替代方案。特别地，我们将用大量篇幅讨论基于内存映射（mmap）的零拷贝（Zero-Copy）技术，展示如何通过 `sendfile()` 和 `splice()` 绕过不必要的内核数据拷贝，实现极端高效的数据传输。 第三部分：高性能网络协议栈的内核实现 网络是现代应用服务的生命线。本部分将全面剖析 Linux 内核中 TCP/IP 协议栈的结构，从网络设备驱动层（NAPI）开始，逐步深入到 L2/L3/L4 层在内核中的数据结构和处理流程。 我们将详细阐述 Socket 缓冲区（Socket Buffers/SKBs）的生命周期，数据包是如何从硬件中断（IRQ）被接收，经过硬件时间戳、内核协议层处理，最终到达用户空间 Socket 的全过程。对于 TCP 而言，我们将重点解析其拥塞控制算法（如 Cubic, BBR）在内核中的实现细节，以及如何通过 `sysctl` 参数调整 RTO、窗口大小等关键指标。 本书的一大亮点是探讨用户空间网络栈（User-space Networking）的兴起，如 DPDK 和 XDP (eXpress Data Path)。我们将对比 XDP 在数据包处理链条中的位置优势，展示如何编写高性能 eBPF 程序，在内核的早期阶段过滤、修改甚至转发数据包，从而实现纳秒级的网络处理能力，为构建超低延迟的交易系统或高性能数据管道提供技术支撑。 第四部分：并发、锁机制与同步原语的内核视角 在多核处理器日益普及的今天，并发编程是系统设计的核心挑战。《内核脉动》将从内核开发者的角度审视并发控制。我们将深入剖析 Linux 内核中使用的各种锁机制：自旋锁（Spinlocks）的适用场景（短等待时间、中断安全）、互斥锁（Mutexes）的工作原理及其调度器交互，以及RCU（Read-Copy-Update）——一种专为读多写少场景设计的、极具效率的同步机制的精妙之处。 读者将学习到原子操作（Atomic Operations）的底层汇编支持，以及如何利用屏障（Fences）保证内存模型的一致性。此外，书中还将通过实例分析，展示如何识别和避免常见的并发陷阱，如死锁、竞态条件和不正确的内存排序，这对于编写稳定可靠的内核模块或高性能用户态服务端至关重要。 第五部分：系统性能分析与故障排查实战 理论必须结合实践。本书的最后一部分专注于工具和方法论。我们将超越基础的 `top` 和 `vmstat`，深入使用 eBPF/BCC 工具集进行动态追踪。读者将学会如何使用 `execsnoop` 追踪进程启动链，使用 `biolatency` 分析块设备延迟，以及如何构建自定义的 eBPF 探针来监控特定函数调用的耗时分布。 故障排查部分将涵盖资源瓶颈的系统性定位：CPU 饥饿（Load Average vs. Per-CPU Run Queue）、内存泄漏（OOM Killer 的触发机制）、网络拥塞（Drops at NIC vs. SKB 溢出）以及 I/O 延迟的深度挖掘。通过一系列真实世界的案例分析，读者将掌握一套严谨的系统诊断流程，能够快速定位并解决复杂生产环境中的性能问题。 目标读者： 本指南面向对操作系统底层有强烈求知欲的软件工程师、系统架构师、高性能计算开发者，以及希望深入理解 Linux 如何实现其“一切皆文件”和高性能网络能力的技术人员。掌握本书内容，将使您能够更高效地设计、部署和调优下一代数据中心服务。

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我不得不说，这本书的叙事风格非常...严谨，甚至可以说是有些冷峻的学术气息。它更像是大学教科书，而非市面上常见的“速成秘籍”。如果你期望看到大量的彩色截图和鼠标点击的流程图，那你可能会大失所望。它的核心优势在于对理论模型的构建和对 RFC 标准的忠实解读。对于那些习惯于图形界面操作的初学者来说，这本书的前几章可能会构成一道不小的门槛，因为它直接跳入了协议定义和数据结构的世界。然而，一旦你度过了最初的适应期，你会发现这种基础的扎实性是多么宝贵。它没有回避 Samba 历史遗留的复杂性，反而坦诚地探讨了它在与 Windows 生态系统兼容性方面所做的那些“妥协”和“变通”。特别是关于打印服务（Samba as a Print Server）的那部分，它详细列举了不同版本的 Windows 客户端与 Samba 之间在 LPD/SMB 打印协议上的差异，以及 Samba 是如何通过自身的兼容层来桥接这些鸿沟的。这本书的价值在于它提供了“为什么”的答案，而不是仅仅给出“是什么”。对于那些需要进行深度二次开发、或者需要编写自定义模块来扩展 Samba 功能的工程师而言，这本书提供的底层细节是进行原型设计和性能基准测试的必要前提。它要求读者具备一定的网络和操作系统基础知识，但回报是无与伦比的系统理解深度。

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我必须承认，这本书的阅读门槛高得令人望而生畏，但其内容的广度和深度绝对值回票价。它不像市面上流行的“运维速查手册”，这本书更像是一部深入 Samba 源代码库的导游指南。其中关于 DFS（Distributed File System）复制和命名空间管理的章节，是我近年来阅读到的关于多站点文件同步机制描述得最清晰的材料之一。作者并没有将 DFS 简单地视为一个文件夹共享功能，而是将其视为一个复杂的、基于域服务的拓扑管理系统，并详细解释了 Samba 如何在没有原生微软支持的情况下，成功地模拟了 DFS 根服务器和链接的管理机制。此外，它对安全审计和日志记录的覆盖也非常全面，提供了如何配置 Samba 以满足严格的合规性要求（例如，追踪到具体哪个用户在哪个时间点访问了哪个文件块）的实用技巧，这些技巧往往需要跨越多个配置文件和系统工具链才能实现。这本书的价值在于它敢于触及那些“没人愿意写”的、最晦涩难懂的部分，比如 Samba 内部的内存池管理和定时器调度机制。它强迫你以一种近乎“开发者”的视角去理解这个工具，最终的结果是，你对文件服务器的控制力达到了前所未有的水平。

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这本书的内容编排是极其线性和结构化的，它仿佛是按照 Samba 代码的编译顺序来组织的。从最底层的网络套接字操作开始，逐步向上构建出协议层、服务层，最终到达用户接口层。对于我这样偏好自上而下学习的人来说，这确实需要一些毅力去适应。但一旦你接受了这种结构，你会发现其逻辑的严密性无懈可击。它对性能优化的探讨，绝不是那种空泛的“使用 SSD”之类的建议。相反，它会深入到缓冲区大小的调整、SMB 传输协议的版本选择（SMB1、SMB2、SMB3）及其各自的特性和限制，以及如何配置内核参数（如 `sysctl` 变量）来更好地配合 Samba 的内存管理策略。有一章专门讲解了 Samba 如何处理大量并发连接时的线程模型和进程间通信，这部分内容对于构建高性能虚拟化存储后端至关重要。它提供的不仅仅是配置选项，更是对这些选项背后计算资源消耗的深刻洞察。读完后，我重新审视了我们旧有的配置文件，发现有几个关键的共享设置，虽然在小规模环境下工作正常，但在高负载下显然是效率低下的“瓶颈制造者”。这本书，是那种需要你泡一杯咖啡，准备好一个调试终端，然后耐心品读的“慢工出细活”的典范。

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说实话，这本书的阅读体验与其说是在学习一个软件，不如说是在系统地重构我对网络文件共享范式的认知。我特别欣赏作者处理不同 Samba 模式（Standalone, Member Server, Domain Controller）时所采取的对比分析方法。它不是孤立地介绍每种模式的功能，而是将其置于一个统一的架构视图下进行考察。比如，当讨论成为域控制器（DC）的角色时，它不仅涉及 LDAP 架构的搭建，还细致地剖析了 Samba 如何处理 FSMO（Flexible Single Master Operations）角色的选举和同步，这一点在很多其他资料中常常被一笔带过。我发现它在处理权限映射时的细微差别非常到位——例如，Unix 的 ACLs（Access Control Lists）与 Windows NT/2000/XP 权限模型的映射规则，那些看似微不足道的“所有者组”或“特殊权限位”在实际文件访问时是如何被解释和强制执行的，书中都有详尽的表格和示例来佐证。我曾被一个跨域访问权限延迟的问题困扰数周，最终通过书中关于 Netlogon 服务的交互流程图，才意识到问题出在域信任关系的刷新周期上。这本书就像是一本精心绘制的地下管道图，让你清楚地看到数据包在服务器内部和网络上传输的每一个节点和经过的每一个“阀门”。

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这本书简直是为那些想彻底搞懂 Samba 核心机制的硬核玩家量身打造的。我记得我第一次翻开它的时候，那种扑面而来的技术深度就让我精神为之一振。它不像某些入门指南那样浅尝辄止，只是告诉你“点这里，然后设置那个参数”；不，它深入到了协议栈的底层，详细剖析了 NTLM 认证过程中的每一个握手、每一个标志位的含义。读完关于文件锁定的章节后，我才真正明白了为什么在某些复杂的客户端环境下，Samba 的行为会如此怪异——原来关键在于它如何映射和管理底层内核的文件句柄与 SMB 协议层面的锁。作者在解释 Kerberos 集成部分时，简直像是在拆解一个精密的瑞士手表，把 KDC 的交互、票据的生命周期以及 Samba 如何充当客户端和服务端角色时权限的转换，描述得逻辑清晰，让人茅塞顿开。对于系统管理员来说，这本书不仅仅是一本参考手册，更像是一本“故障排查圣经”。当我遇到那些难以追踪的网络延迟问题或者权限漂移的怪象时，回头查阅书中关于性能调优和安全上下文切换的章节，总能找到问题的根源。它不提供快速修复的捷径，而是教你如何理解系统本身的运作方式，让你从“会用”升级到“精通”。如果你的目标是部署一个大规模、高可用、安全加固的 Linux/Unix 文件服务器集群，这本书的价值是无可替代的。

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