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內容簡介: |
国内大部分的开发者和公司都从事的是应用层的开发,平时大家更多关注的是应用层的开发技术。但应用层是建立在CPU和内存等硬件、操作系统内核、语言运行时的基础之上的。如果缺乏对这些底层知识的理解,驾驭技术的能力就无法精进,也很难开发出高性能、高稳定性的应用。 本书主要包括CPU和内存硬件、进程创建和调度原理、虚拟内存底层机制、Go 用户态协程实现、容器cgroup资源限制,以及throttle、CPU利用率和负载等性能指标统计原理等内容,最后过渡到性能优化手段,带领大家修炼底层内功,掌握高性能原理。
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關於作者: |
张彦飞,2010年硕士毕业于西北大学计算机学院,有十多年的大型互联网公司项目经验,目前就职于一线大厂。喜欢对技术进行深度思考,善于挖掘技术点背后的原理。他的技术公众号“开发内功修炼”一年便收到五万多读者的关注。
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目錄:
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目 录 第1章 CPU硬件原理 / 1 1.1 CPU的生产过程 / 2 1.2 个人电脑CPU硬件简介 / 3 1.2.1 个人电脑CPU代际简介 / 4 1.2.2 个人电脑CPU内部架构 / 6 1.3 服务器CPU硬件简介 / 7 1.3.1 服务器CPU代际简介 / 8 1.3.2 服务器CPU内部架构 / 9 1.3.3 服务器CPU片内总线 / 10 1.3.4 服务器CPU片间互联 / 12 1.4 CPU核原理 / 15 1.4.1 CPU核内部结构 / 15 1.4.2 CPU的工作频率 / 19 1.4.3 物理核与逻辑核 / 20 1.4.4 CPU的L1/L2/L3缓存查看 / 22 1.4.5 CPU的TLB缓存查看 / 25 1.5 本章总结 / 28 第2章 内存硬件原理 / 30 2.1 CPU对内存的硬件支持 / 31 2.1.1 CPU的内存控制器 / 31 2.1.2 CPU支持的内存代际 / 32 2.1.3 CPU支持的内存模块规格 / 34 2.1.4 服务器CPU支持的ECC内存 / 36 2.2 内存硬件内部结构 / 44 2.2.1 内存的Rank与位宽 / 45 2.2.2 内存Chip内部构成 / 45 2.2.3 服务器内存颗粒构成 / 47 2.3 内存IO原理 / 48 2.3.1 内存延迟 / 48 2.3.2 内存IO过程 / 49 2.3.3 内存Burst IO / 51 2.4 存储性能测试 / 52 2.4.1 延时测试 / 52 2.4.2 带宽测试 / 55 2.5 本章总结 / 57 第3章 进程、线程的对比 / 58 3.1 进程、线程定义 / 59 3.1.1 进程、线程状态 / 61 3.1.2 进程ID与线程ID / 62 3.1.3 进程树关系 / 63 3.1.4 进程调度优先级 / 63 3.1.5 进程地址空间 / 64 3.1.6 进程文件系统信息(当前目录等) / 65 3.1.7 进程打开的文件信息 / 66 3.1.8 命名空间 / 67 3.2 进程的创建 / 69 3.2.1 Nginx使用fork创建worker / 69 3.2.2 fork系统调用原理 / 70 3.2.3 本节小结 / 84 3.3 线程的创建 / 85 3.3.1 线程与进程创建的异同 / 87 3.3.2 fork创建线程的详细过程 / 88 3.4 进程与线程的异同汇总 / 93 3.5 本章总结 / 94 第4章 进程加载启动原理 / 96 4.1 可执行文件格式 / 97 4.1.1 ELF文件头 / 98 4.1.2 Program Header Table / 100 4.1.3 Section Header Table / 102 4.1.4 各种Section / 103 4.1.5 入口进一步查看 / 104 4.2 shell启动用户进程 / 106 4.3 Linux的可执行文件加载器 / 108 4.4 execve加载用户程序 / 110 4.4.1 alloc_bprm初始化linux_binprm对象 / 112 4.4.2 bprm_execve执行加载 / 114 4.5 ELF文件加载过程 / 115 4.5.1 读取ELF文件头 / 116 4.5.2 读取Program Header / 117 4.5.3 清空父进程继承来的资源 / 118 4.5.4 执行Segment加载 / 120 4.5.5 数据内存申请和堆初始化 / 122 4.5.6 跳转到程序入口执行 / 123 4.6 本章总结 / 125 第5章 系统物理内存初始化 / 127 5.1 固件介绍 / 128 5.2 物理内存安装检测 / 129 5.3 初期memblock内存分配器 / 133 5.3.1 memblock内存分配器的创建 / 133 5.3.2 向memblock分配器申请内存 / 136 5.4 NUMA信息感知 / 139 5.4.1 非一致性内存访问原因 / 139 5.4.2 Linux获取NUMA信息 / 140 5.5 物理页管理之伙伴系统 / 143 5.5.1 伙伴系统相关数据结构 / 143 5.5.2 伙伴系统管理空闲页面 / 145 5.5.3 memblock向伙伴系统交接物理内存 / 148 5.6 本章总结 / 149 第6章 进程如何使用内存 / 153 6.1 虚拟内存和物理页 / 154 6.1.1 虚拟地址空间 / 154 6.1.2 缺页中断 / 157 6.2 虚拟内存使用方式 / 162 6.2.1 进程启动时对虚拟内存的使用 / 162 6.2.2 mmap / 166 6.2.3 sbrk和brk / 168 6.3 进程栈内存的使用 / 170 6.3.1 进程栈的初始化 / 170 6.3.2 栈的自动增长 / 172 6.3.3 进程栈总结 / 176 6.4 线程栈是如何使用内存的 / 176 6.4.1 glibc线程对象 / 178 6.4.2 确定栈空间大小 / 178 6.4.3 申请用户栈 / 180 6.4.4 创建线程 / 182 6.4.5 线程栈小结 / 183 6.5 进程堆内存管理 / 183 6.5.1 ptmalloc内存分配器定义 / 184 6.5.2 malloc内存分配过程 / 190 6.6 本章总结 / 192 第7章 进程调度器 / 196 7.1 Linux进程调度发展简史 / 197 7.1.1 O(n)调度发展过程 / 197 7.1.2 Linux 2.5 O(1)调度器 / 201 7.1.3 完全公平调度器诞生 / 205 7.2 Linux调度器定义 / 205 7.2.1 实时调度器 / 208 7.2.2 完全公平调度器 / 209 7.3 进程的任务队列选择 / 211 7.3.1 新进程创建时加入 / 212 7.3.2 老进程唤醒时加入 / 220 7.4 调度时机 / 221 7.4.1 调度节拍 / 221 7.4.2 真正的调度 / 232 7.5 任务切换开销实测 / 234 7.5.1 进程切换开销 / 235 7.5.2 线程切换开销 / 237 7.6 Linux调度器相关命令 / 238 7.6.1 调度策略 / 238 7.6.2 nice值设置 / 239 7.6.3 taskset命令 / 241 7.7 本章总结 / 242 第8章 性能统计原理 / 246 8.1 负载 / 247 8.1.1 理解负载查看过程 / 247 8.1.2 内核负载计算过程 / 249 8.1.3 平均负载和CPU消耗的关系 / 254 8.1.4 负载计算整体流程 / 256 8.2 CPU利用率 / 256 8.2.1 方案思考 / 257 8.2.2 top命令使用的数据在哪里 / 259 8.2.3 统计数据是怎么来的 / 262 8.2.4 CPU利用率统计流程 / 266 8.3 指令统计 / 268 8.4 本章总结 / 270 第9章 用户态协程 / 274 9.1 Go的GMP原理 / 275 9.1.1 Go中的线程 / 276 9.1.2 Go中的协程 / 277 9.1.3 Go中的虚拟处理器 / 278 9.2 Go程序启动过程 / 280 9.2.1 寻找执行入口 / 281 9.2.2 执行入口分析 / 282 9.2.3 main函数真正运行 / 290 9.3 协程的栈内存 / 292 9.3.1 回忆进程栈和glibc 线程栈 / 292 9.3.2 Go的线程栈与协程栈 / 293 9.3.3 Go协程栈的扩张 / 296 9.4 使用协程封装epoll / 299 9.4.1 Go net包使用方式 / 300 9.4.2 Listen底层过程 / 301 9.4.3 Accept过程 / 305 9.4.4 Read和Write内部过程 / 310 9.4.5 Go唤醒协程 / 312 9.5 协程切换性能测试 / 314 9.6 本章总结 / 316 第10章 容器化技术 / 318 10.1 容器发展过程 / 319 10.1.1 虚拟机时代 / 319 10.1.2 容器化技术 / 320 10.2 PID命名空间 / 326 10.2.1 默认命名空间 / 327 10.2.2 新PID命名空间创建 / 330 10.2.3 在命名空间中申请pid / 334 10.2.4 容器进程pid查看 / 337 10.3 本章总结 / 339 第11章 容器的CPU资源限制 / 340 11.1 CPU cgroup的创建原理 / 341 11.1.1 使用cgroupfs创建cgroup / 341 11.1.2 内核中cgroup的相关定义 / 344 11.1.3 创建cgroup对象原理 / 349 11.1.4 将进程PID写进cgroup / 351 11.2 容器CPU权重分配实现 / 354 11.2.1 容器CPU权重设置 / 354 11.2.2 容器CPU权重分配实现 / 355 11.3 容器CPU限制分配实现 / 358 11.3.1 设置CPU限制 / 358 11.3.2 设置CPU限制底层原理 / 360 11.3.3 进程CPU带宽控制过程 / 362 11.3.4 进程的可运行时间的分配 / 368 11.3.5 容器CPU性能 / 372 11.4 K8s中的limits与requests / 375 11.5 容器中的CPU利用率 / 377 11.5.1 获取容器CPU利用率的思路 / 377 11.5.2 cgroup v1 CPU 利用率统计原理 / 381 11.5.3 cgroup v2 CPU利用率统计原理 / 385 11.6 本章总结 / 391 第12章 容器的内存资源限制 / 394 12.1 内存cgroup的创建原理 / 395 12.1.1 内存cgroup定义 / 395 12.1.2 创建内存cgroup / 395 12.1.3 内存cgroup中的接口文件 / 397 12.2 设置内存cgroup内存限制 / 397 12.3 容器物理内存的分配 / 399 12.3.1 记账过程 / 401 12.3.2 容器内存超出限制时的处理 / 402<
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