Linux內(nèi)核分析及應(yīng)用

Contents 目　　錄
前言
第1章　進(jìn)程與線程 1
1.1　進(jìn)程和線程的概念 1
1.1.1　進(jìn)程的歷史 1
1.1.2　線程的不同玩法 3
1.2　Linux對進(jìn)程和線程的實(shí)現(xiàn) 5
1.2.1　Linux中的進(jìn)程實(shí)現(xiàn) 6
1.2.2　進(jìn)程創(chuàng)建之后 12
1.2.3　內(nèi)核線程和進(jìn)程的區(qū)別 13
1.2.4　用戶線程庫pthread 15
1.3　進(jìn)程的調(diào)度 16
1.3.1　進(jìn)程調(diào)度機(jī)制的架構(gòu) 16
1.3.2　進(jìn)程切換的原理 19
1.3.3　調(diào)度中的CPU親和度 21
1.4　在應(yīng)用程序中管理進(jìn)程和線程 22
1.4.1　Memcached線程池模型分析 22
1.4.2　Nginx進(jìn)程模型分析 24
1.5　處理進(jìn)程和線程的相關(guān)工具 25
1.5.1　開發(fā)環(huán)境調(diào)試線程 25
1.5.2　進(jìn)程崩潰調(diào)試方法 26
1.5.3　strace工具 28
1.5.4　SystemTap工具 29
1.5.5　DTrace工具 30
1.6　本章小結(jié) 32
第2章　并發(fā) 33
2.1　什么是并發(fā) 34
2.1.1　并發(fā)是如何產(chǎn)生的 34
2.1.2　并發(fā)會帶來什么問題 34
2.1.3　如何解決并發(fā)帶來的問題 35
2.2　操作系統(tǒng)會在哪些場景遇到并發(fā) 35
2.3　Linux中并發(fā)工具的實(shí)現(xiàn) 37
2.3.1　原子變量 37
2.3.2　自旋鎖 38
2.3.3　信號量 42
2.3.4　互斥鎖 43
2.3.5　讀寫鎖 43
2.3.6　搶占 44
2.3.7　per-cpu變量 45
2.3.8　RCU機(jī)制 48
2.3.9　內(nèi)存屏障 51
2.4　常見開源軟件中的并發(fā)問題分析 54
2.4.1　Nginx原子性 54
2.4.2　Memcached中的互斥鎖 55
2.4.3　Redis無鎖解決方案 56
2.4.4　Linux中驚群問題分析 57
2.4.5　解決MyCat同步問題 65
2.4.6　false-sharing問題解決方案 67
2.5　本章小結(jié) 69
第3章　內(nèi)存管理 70
3.1　為什么需要內(nèi)存管理 71
3.2　MMU和地址空間 73
3.2.1　虛擬地址、線性地址、物理地址 73
3.2.2　MMU的內(nèi)存管理機(jī)制 74
3.3　Linux中的分段和分頁機(jī)制 79
3.3.1　分段機(jī)制 79
3.3.2　分頁機(jī)制 80
3.4　Linux的內(nèi)存管理 82
3.4.1　物理內(nèi)存管理 83
3.4.2　進(jìn)程地址空間管理 86
3.5　Linux的內(nèi)存分配和管理 89
3.5.1　物理內(nèi)存分配算法 89
3.5.2　slab分配器 95
3.5.3　內(nèi)核態(tài)內(nèi)存管理 105
3.5.4　用戶態(tài)內(nèi)存申請 109
3.6　棧內(nèi)存分配和管理 109
3.7　內(nèi)存管理案例分析 110
3.7.1　Memcached內(nèi)存管理機(jī)制分析 110
3.7.2　Redis內(nèi)存管理機(jī)制分析 113
3.8　本章小結(jié) 115
第4章　中斷機(jī)制 116
4.1　x86系統(tǒng)的中斷機(jī)制 116
4.1.1　x86中斷架構(gòu) 117
4.1.2　x86在保護(hù)模式下的中斷 117
4.2　Linux對中斷的支持和實(shí)現(xiàn) 119
4.2.1　初始化IRQ中斷門 120
4.2.2　中斷響應(yīng)流程 120
4.2.3　中斷回調(diào)handler注冊過程 122
4.3　Linux加速中斷處理的機(jī)制 122
4.3.1　軟中斷 122
4.3.2　tasklet 126
4.3.3　工作隊(duì)列 128
4.4　系統(tǒng)調(diào)用 132
4.5　時(shí)鐘中斷 134
4.6　信號處理機(jī)制 135
4.7　Nginx信號處理機(jī)制 139
4.8　本章小結(jié) 141
第5章　輸入輸出 142
5.1　I/O在Linux中的生命周期 143
5.1.1　vfs層 143
5.1.2　文件系統(tǒng)層 144
5.1.3　Block層 152
5.1.4　scsi層 156
5.1.5　I/O流程總結(jié) 157
5.2　I/O調(diào)度器 159
5.3　多隊(duì)列機(jī)制 161
5.4　I/O多路復(fù)用實(shí)現(xiàn) 163
5.5　Redis對epoll的封裝 170
5.6　Nginx文件異步I/O 175
5.7　tail指令為何牛 177
5.8　零拷貝技術(shù)應(yīng)用分析 179
5.8.1　mmap 180
5.8.2　sendf?ile 181
5.8.3　mmap和sendf?ile在開源軟件中的使用 183
5.9　本章小結(jié) 186
第6章　文件系統(tǒng) 187
6.1　Linux文件系統(tǒng)架構(gòu) 187
6.2　文件系統(tǒng)的主要功能 189
6.2.1　文件系統(tǒng)的安裝 190
6.2.2　文件路徑查找 191
6.3　ext4文件系統(tǒng) 201
6.3.1　磁盤布局 201
6.3.2　inode定位 203
6.3.3　碎片問題解決方案 204
6.3.4　extent tree結(jié)構(gòu) 204
6.4　淘寶TFS小文件系統(tǒng)分析 206
6.5　本章小結(jié) 207
第7章　Linux的進(jìn)程隔離技術(shù)與Docker容器 208
7.1　虛擬化相關(guān)技術(shù) 208
7.2　Linux進(jìn)程隔離技術(shù) 209
7.2.1　chroot 209
7.2.2　namespace 210
7.2.3　cgroup 212
7.3　Docker容器的部分實(shí)現(xiàn) 219
7.3.1　新版Docker架構(gòu) 220
7.3.2　containerd的實(shí)現(xiàn) 221
7.4　本章小結(jié) 241
第8章　Linux網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)流分析 242
8.1　數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層的流轉(zhuǎn) 242
8.1.1　sk_buff結(jié)構(gòu) 243
8.1.2　數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程 244
8.2　socket接口層的實(shí)現(xiàn) 248
8.2.1　socket系統(tǒng)初始化 248
8.2.2　socket創(chuàng)建 250
8.2.3　socket綁定 251
8.2.4　socket監(jiān)聽 253
8.2.5　socket接受連接 254
8.2.6　新連接的到來 257
8.2.7　socket整體流程 259
8.3　netf?ilter和lvs 260
8.3.1　netf?ilter 260
8.3.2　lvs 263
8.4　網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的一些參數(shù) 265
8.4.1　Java socket相關(guān)的參數(shù) 265
8.4.2　Linux TCP相關(guān)隊(duì)列 267
8.5　Nginx服務(wù)器監(jiān)聽socket初始化過程 268
8.6　本章小結(jié) 274