Linux內核分析及應用

Contents 目　　錄
前言
第1章　進程與線程 1
1.1　進程和線程的概念 1
1.1.1　進程的歷史 1
1.1.2　線程的不同玩法 3
1.2　Linux對進程和線程的實現 5
1.2.1　Linux中的進程實現 6
1.2.2　進程創(chuàng)建之后 12
1.2.3　內核線程和進程的區(qū)別 13
1.2.4　用戶線程庫pthread 15
1.3　進程的調度 16
1.3.1　進程調度機制的架構 16
1.3.2　進程切換的原理 19
1.3.3　調度中的CPU親和度 21
1.4　在應用程序中管理進程和線程 22
1.4.1　Memcached線程池模型分析 22
1.4.2　Nginx進程模型分析 24
1.5　處理進程和線程的相關工具 25
1.5.1　開發(fā)環(huán)境調試線程 25
1.5.2　進程崩潰調試方法 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 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)工具的實現 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機制 48
2.3.9　內存屏障 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 69
第3章　內存管理 70
3.1　為什么需要內存管理 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的內存管理機制 74
3.3　Linux中的分段和分頁機制 79
3.3.1　分段機制 79
3.3.2　分頁機制 80
3.4　Linux的內存管理 82
3.4.1　物理內存管理 83
3.4.2　進程地址空間管理 86
3.5　Linux的內存分配和管理 89
3.5.1　物理內存分配算法 89
3.5.2　slab分配器 95
3.5.3　內核態(tài)內存管理 105
3.5.4　用戶態(tài)內存申請 109
3.6　棧內存分配和管理 109
3.7　內存管理案例分析 110
3.7.1　Memcached內存管理機制分析 110
3.7.2　Redis內存管理機制分析 113
3.8　本章小結 115
第4章　中斷機制 116
4.1　x86系統(tǒng)的中斷機制 116
4.1.1　x86中斷架構 117
4.1.2　x86在保護模式下的中斷 117
4.2　Linux對中斷的支持和實現 119
4.2.1　初始化IRQ中斷門 120
4.2.2　中斷響應流程 120
4.2.3　中斷回調handler注冊過程 122
4.3　Linux加速中斷處理的機制 122
4.3.1　軟中斷 122
4.3.2　tasklet 126
4.3.3　工作隊列 128
4.4　系統(tǒng)調用 132
4.5　時鐘中斷 134
4.6　信號處理機制 135
4.7　Nginx信號處理機制 139
4.8　本章小結 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 157
5.2　I/O調度器 159
5.3　多隊列機制 161
5.4　I/O多路復用實現 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　零拷貝技術應用分析 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 186
第6章　文件系統(tǒng) 187
6.1　Linux文件系統(tǒng)架構 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結構 204
6.4　淘寶TFS小文件系統(tǒng)分析 206
6.5　本章小結 207
第7章　Linux的進程隔離技術與Docker容器 208
7.1　虛擬化相關技術 208
7.2　Linux進程隔離技術 209
7.2.1　chroot 209
7.2.2　namespace 210
7.2.3　cgroup 212
7.3　Docker容器的部分實現 219
7.3.1　新版Docker架構 220
7.3.2　containerd的實現 221
7.4　本章小結 241
第8章　Linux網絡層數據流分析 242
8.1　數據在網絡層的流轉 242
8.1.1　sk_buff結構 243
8.1.2　數據流轉過程 244
8.2　socket接口層的實現 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　網絡相關的一些參數 265
8.4.1　Java socket相關的參數 265
8.4.2　Linux TCP相關隊列 267
8.5　Nginx服務器監(jiān)聽socket初始化過程 268
8.6　本章小結 274