Linux內核分析及應用（簡體書）

本書由架構師親力打造，分享了他十多年後端開發經驗，特別是圍繞Linux系統進行的服務開發經驗。本書共8章,主要內容包括：第1章介紹Linux對進程和線程的實現原理，並分析了Memcached和Nginx工作進程池模型的實現；第2章介紹併發的概念以及Linux中的併發相關工具，然後分析常見開源軟件的併發問題；第3章介紹Linux是如何進行內存管理的，分析了Memcached和Redis的內存管理機制。第4章介紹Linux系統對中斷進行的封裝和實現；第5章介紹I/O的全過程，以及某些開源系統中I/O相關調用的實現等；第6章介紹Linux文件系統的整體架構及核心概念，然後介紹ext4文件系統的特點，以及TFS小文件系統的設計思路；第7章介紹Linux進程隔離技術，以及Docker容器的部分實現；第8章介紹Linux網絡層數據的流轉過程,以及lvs如何在netfilter上定制，後分析了Nginx服務器socket監聽初始化的過程。

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　進程創建之後 12
1.2.3　內核線程和進程的區別 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　開發環境調試線程 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　併發 33
2.1　什麼是併發 34
2.1.1　併發是如何產生的 34
2.1.2　併發會帶來什麼問題 34
2.1.3　如何解決併發帶來的問題 35
2.2　操作系統會在哪些場景遇到併發 35
2.3　Linux中併發工具的實現 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　搶佔 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　常見開源軟件中的併發問題分析 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　為什麼需要內存管理 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　內核態內存管理 105
3.5.4　用戶態內存申請 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註冊過程 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中的生命週期 143
5.1.1　vfs層 143
5.1.2　文件系統層 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多路複用實現 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 187
6.1　Linux文件系統架構 187
6.2　文件系統的主要功能 189
6.2.1　文件系統的安裝 190
6.2.2　文件路徑查找 191
6.3　ext4文件系統 201
6.3.1　磁盤佈局 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系統初始化 248
8.2.2　socket創建 250
8.2.3　socket綁定 251
8.2.4　socket監聽 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服務器監聽socket初始化過程 268
8.6　本章小結 274