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出版者:

作者:Bell, Michael/ Hynes, Byron/ Wright, Byron

出品人:

页数:381

译者:

出版时间:

价格:564.00 元

装帧:

isbn号码:9781423902966

丛书系列:

图书标签:

• Windows Server 2003
• Active Directory
• 系统管理
• 网络管理
• 服务器配置
• 域控制器
• 组策略
• 安全
• 实战
• 微软认证

深入探索 Linux 系统内核与网络构建：从底层驱动到高性能服务部署 图书简介 本书旨在为系统工程师、高级系统管理员以及对操作系统底层原理有浓厚兴趣的技术人员，提供一套全面、深入且极具实践指导意义的 Linux 系统构建与管理蓝图。我们聚焦于现代企业级环境中至关重要的Linux 内核优化、高性能网络协议栈的定制与调优，以及安全、可扩展的系统服务部署策略。本书的编写风格力求严谨、细致，完全基于真实世界中的复杂挑战和最新的开源技术实践，确保读者不仅知其然，更知其所以然。 第一部分：Linux 内核的深度解剖与定制化 本部分将带领读者穿透抽象的应用层，直接触及操作系统的核心——Linux 内核。我们不会停留在理论的层面，而是通过大量的代码示例和实际操作步骤，展示如何理解、编译和定制一个满足特定硬件或性能需求的内核。 第一章：内核源码的获取、编译与引导机制 源码结构解析： 深入剖析 Linux 内核目录结构，理解各个子系统（如内存管理、调度器、VFS、设备驱动层）的代码组织方式。 交叉编译与目标定制： 掌握针对不同架构（如 x86_64, ARM）进行内核交叉编译的完整流程，配置和使用 `menuconfig` 进行功能裁剪。 引导过程追踪： 详细解析从 BIOS/UEFI 到 GRUB/LILO，再到内核加载和 `init` 进程启动的每一步关键操作，重点分析 `bzImage` 的解压和初始化流程。 第二章：内存管理系统的精细调优 内存是系统性能的生命线。本章将聚焦于内核中的内存子系统，提供一套超越标准配置的优化方案。 页表结构与 TLB 机制： 深入理解多级页表的工作原理，以及 Translation Lookaside Buffer (TLB) 在加速地址翻译中的作用和其失效（TLB Shootdown）的性能影响。 NUMA 架构下的内存分配策略： 针对多路 CPU 服务器，探讨 NUMA (Non-Uniform Memory Access) 架构下，内核如何进行内存节点选择、跨节点访问的代价分析，以及使用 `numactl` 或内核参数进行绑定和优化。 缓存管理与 Slab/SLUB 分配器： 解析内核对象缓存（Slab/SLUB）的内部结构，如何通过调整内核启动参数或直接修改内核参数，以减少内存碎片和提高小对象分配速度。 第三章：进程调度与 I/O 调度器的优化实践 本章着重于系统资源（CPU 和磁盘）的公平与高效分配。 CFS (Completely Fair Scheduler) 深入： 分析 CFS 的核心数据结构 `cfs_rq` 和 `rb-tree`，理解虚拟运行时间（vruntime）的概念。针对高并发服务，探讨如何通过调整 `sched_latency_ns` 和 `min_granularity_ns` 来平衡响应速度和吞吐量。 I/O 调度器的选择与调优： 对比 Deadline, CFQ (在旧版系统中), Noop, 以及现代系统中主流的 BFQ (Budget Fair Queueing) 和 MQ (Multi-Queue) 框架。针对 SSD 和高并发数据库场景，提供具体的 I/O 调度器切换和参数（如队列深度 `nr_requests`）优化指南。 第二部分：高性能网络协议栈的构建与安全加固 现代服务器的性能瓶颈往往转移到网络I/O上。本部分将深入 Linux 网络栈的内部，教授如何通过内核和用户空间的协同作用，实现极低延迟和高吞吐的网络服务。 第四章：网络协议栈的内核级剖析 数据包的生命周期： 追踪一个网络数据包从 NIC 硬件中断、经过 NAPI 轮询、到 socket 缓冲区，直至应用层进程的完整路径。 软中断与硬中断的负载均衡： 详解 NAPI (New API) 机制如何有效减少 CPU 负载，并指导读者如何使用 `set_irq_affinity` 来将特定网卡的硬中断均匀分散到不同的 CPU 核心上。 TCP 拥塞控制算法的实战应用： 不仅介绍 Cubic，更深入探讨 BBR (Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time) 算法的原理，以及如何在内核中替换或启用 BBR 以适应高延迟、高带宽的网络环境。 第五章：零拷贝与高效 I/O 机制的实现 减少数据在内核空间和用户空间之间不必要的拷贝是提升性能的关键。 Sendfile、splice 和 vmsplice 的精讲： 详细对比这三种零拷贝技术的使用场景，特别是在 Web 服务器和文件传输服务中的实际应用。提供代码片段演示如何正确使用 `splice` 来避免数据在内核中二次拷贝。 异步 I/O (AIO) 与 io_uring 框架： 深入解析传统 Linux AIO 的局限性。重点介绍 io_uring 这一革命性的新 I/O 接口，包括其提交队列 (SQ) 和完成队列 (CQ) 的结构，以及如何利用其 CNDP (Classify-and-forward based on Network Device) 能力实现更快的网络处理路径。 第六章：内核级网络安全与流量控制 本章侧重于使用 Linux 内核提供的强大工具来保护系统并管理流量。 Netfilter/iptables/nftables 深度定制： 超越简单的端口过滤，讲解如何利用 `CONNMARK`、`TPROXY` (透明代理) 等高级功能，实现复杂的流量路由和策略控制。 TC (Traffic Control) 队列管理： 掌握 Linux qdisc (Queueing Discipline) 的原理，包括 HTB (Hierarchical Token Bucket) 和 FQ_CoDel。通过实际配置，实现带宽整形、流量优先级划分和服务质量 (QoS) 保证。 第三部分：系统服务的稳定、自动化与高可用性部署 理论结合实践，本部分将指导读者如何将内核层面的优化成果应用于实际的服务部署中。 第七章：构建高并发服务所需的系统资源限制 Cgroups v2 的全面应用： 深入解析控制组 v2 相较于 v1 的改进，特别是其统一的层次结构。演示如何使用 Cgroups 来精确限制 CPU、内存、I/O 乃至 PIDs 的使用，为关键服务提供资源保障。 文件描述符与套接字的极限调优： 系统级（`/etc/sysctl.conf`）和用户级（`ulimit`）的配置，确保能够支持数百万并发连接。重点讨论 TCP TIME_WAIT 状态的管理和回收机制。 第八章：系统日志与性能监控的内核级集成 eBPF 技术在诊断中的应用： 介绍 eBPF (extended Berkeley Packet Filter) 如何在不修改内核源码或重启系统的前提下，安全地挂载到内核的任意探针点，进行动态追踪、度量和安全策略执行。提供实战案例，如使用 `bpf_trace` 来分析特定应用函数的调用延迟。 系统级性能事件监控： 熟练使用 `perf` 工具，结合硬件性能计数器 (PMC)，对系统瓶颈进行量化分析，并将其观测结果反哺到内核参数或应用代码的优化决策中。 第九章：自动化部署与配置管理的基础设施集成 Kickstart/Preseed 与自动化安装： 建立标准化、可重复的操作系统部署流程，确保所有服务器的底层配置（如磁盘分区、内核模块加载顺序）完全一致。 系统健康检查与故障自愈脚本设计： 设计基于内核状态反馈（如 `dmesg` 错误、OOM Killer 记录、网络栈统计信息）的监控脚本，实现预警和自动化的恢复流程，最大限度地减少人工干预时间。 本书内容覆盖了从理解编译后的 ELF 格式内核文件，到配置复杂的网络队列调度，再到利用 eBPF 进行运行时诊断的完整生命周期。它不是面向初学者的入门指南，而是为追求极致性能和系统深层控制的专业人士量身打造的进阶手册。

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