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內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　本書(shū)主要講解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中核心的技術(shù)知識(shí)，涵蓋緩存、內(nèi)存屏障、無(wú)鎖編程、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、TCP/UDP、端口復(fù)用、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)包流程、物理內(nèi)存、虛擬內(nèi)存等內(nèi)容。本書(shū)還分享了實(shí)際工作中可能出現(xiàn)的技術(shù)難題及解決方案供讀者借鑒。為了使讀者輕松、快速地理解書(shū)中晦澀難懂的技術(shù)知識(shí)，本書(shū)作者精心繪制了大量的流程圖、結(jié)構(gòu)圖。為了使讀者更好地理解Linux內(nèi)核源碼，本書(shū)還提供了大量經(jīng)過(guò)注釋的Linux內(nèi)核源碼供讀者下載。通過(guò)閱讀本書(shū)，讀者可以輕松、快速地掌握這些技術(shù)知識(shí)，并通過(guò)源碼和書(shū)中配圖加強(qiáng)對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

作者簡(jiǎn)介

　　鄧中華，高級(jí)軟件工程師。曾就職于搜狐暢游，負(fù)責(zé)大型游戲服務(wù)端開(kāi)發(fā)，擁有5年互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)端開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和6年游戲服務(wù)端開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。曾多次擔(dān)任“救火隊(duì)長(zhǎng)”主導(dǎo)分析并解決大型線上事故，累計(jì)為公司減少經(jīng)濟(jì)損失達(dá)千萬(wàn)級(jí)別。擅長(zhǎng)服務(wù)端架構(gòu)設(shè)計(jì)，性能、網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)存的優(yōu)化。網(wǎng)文“十年碼農(nóng)內(nèi)功”的作者，該網(wǎng)文的下載量已近萬(wàn)份。微信公眾號(hào)和知乎賬號(hào)“科英”的作者，通過(guò)不同平臺(tái)分享經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。

圖書(shū)目錄

目
錄

第1章　緩存 1
1.1　存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu) 1
1.2　緩存一致性協(xié)議 4
1.2.1　MESI協(xié)議 4
1.2.2　MOESI協(xié)議 8
1.2.3　MESIF協(xié)議 9
1.3　寫(xiě)緩存區(qū)和無(wú)效隊(duì)列 9
1.3.1　寫(xiě)緩沖區(qū)的作用 11
1.3.2　無(wú)效隊(duì)列的作用 11
1.4　內(nèi)存屏障 11
1.4.1　讀寫(xiě)屏障 12
1.4.2　單向屏障 12
1.5　x86-TSO 13
1.6　CPU黑盒測(cè)試 15
1.6.1　測(cè)試核心內(nèi)是否存在Store Buffer 15
1.6.2　測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)（Store Forwarding）是否生效 17
1.6.3　測(cè)試StoreStore是否亂序執(zhí)行 18
1.6.4　測(cè)試LoadLoad是否亂序執(zhí)行 19
1.6.5　測(cè)試LoadStore是否亂序執(zhí)行 19
1.6.6　測(cè)試StoreLoad是否亂序執(zhí)行 20
1.7　CAS原理 20
1.8　原子操作 22
1.8.1　互斥鎖 23
1.8.2　自旋鎖 23
1.8.3　C 原子變量 25
1.8.4　C 內(nèi)存順序 26
1.9　無(wú)鎖隊(duì)列 31
1.9.1　設(shè)計(jì)思路 31
1.9.2　實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 32
第2章　網(wǎng)絡(luò) 36
2.1　網(wǎng)絡(luò)分層 36
2.2　網(wǎng)絡(luò)接口層（以太網(wǎng)） 37
2.3　網(wǎng)絡(luò)層（IP、ICMP） 39
2.3.1　IP 39
2.3.2　ICMP 43
2.4　套接字編程 47
2.4.1　套接字 47
2.4.2　函數(shù) 47
2.4.3　多路復(fù)用 49
2.5　虛擬網(wǎng)卡 54
2.5.1　Tun設(shè)備 54
2.5.2　創(chuàng)建代碼 55
2.6　網(wǎng)絡(luò)抓包 56
2.6.1　tcpdump 56
2.6.2　Wireshark 59
2.7　網(wǎng)絡(luò)工具 61
2.7.1　ethtool工具 61
2.7.2　ifconfig工具 65
2.7.3　ip工具 66
2.7.4　nc工具 66
2.8　網(wǎng)卡的特性（Feature） 67
2.8.1　LRO 67
2.8.2　GRO 67
2.8.3　TSO 68
2.8.4　GSO 68
2.9　網(wǎng)絡(luò)棧的擴(kuò)展（Scaling） 69
2.9.1　RSS 69
2.9.2　RPS 71
2.9.3　RFS 72
2.9.4　XPS 73
2.10　硬中斷的負(fù)載均衡 74
2.10.1　硬中斷的CPU親和性 74
2.10.2　irqbalance功能 75
第3章　TCP 76
3.1　協(xié)議體 76
3.2　有限狀態(tài)機(jī) 81
3.2.1　netstat 82
3.2.2　ss 82
3.3　準(zhǔn)備階段 83
3.4　握手階段 84
3.4.1　三次握手 84
3.4.2　初始化序列號(hào) 88
3.5　連接階段 89
3.5.1　重傳機(jī)制 90
3.5.2　確認(rèn)機(jī)制 93
3.5.3　亂序恢復(fù)機(jī)制 94
3.5.4　?；顧C(jī)制 95
3.6　流量控制 97
3.6.1　滑動(dòng)窗口 97
3.6.2　流量控制過(guò)程 99
3.6.3　零窗口 100
3.7　擁塞控制 101
3.7.1　擁塞控制算法 101
3.7.2　CUBIC 102
3.8　揮手階段 109
3.8.1　四次揮手 109
3.8.2　三次揮手 112
3.8.3　同時(shí)揮手 113
3.8.4　關(guān)閉函數(shù) 114
第4章　UDP 117
4.1　協(xié)議體 117
4.2　特點(diǎn) 119
4.2.1　無(wú)連接性 119
4.2.2　不可靠性 122
4.2.3　面向報(bào)文 122
4.2.4　最大交付 124
4.2.5　最小開(kāi)銷(xiāo) 125
4.3　應(yīng)用場(chǎng)景 125
4.4　可靠性保障 126
4.4.1　ACK 126
4.4.2　FEC 126
第5章　端口 128
5.1　問(wèn)題 128
5.2　地址和端口復(fù)用的總結(jié) 128
5.2.1　兩個(gè)選項(xiàng)均關(guān)閉 129
5.2.2　僅開(kāi)啟一個(gè)選項(xiàng) 129
5.2.3　僅開(kāi)啟地址復(fù)用選項(xiàng) 130
5.2.4　開(kāi)啟端口復(fù)用選項(xiàng) 131
5.3　地址復(fù)用的應(yīng)用場(chǎng)景 132
5.4　端口復(fù)用的應(yīng)用場(chǎng)景 133
5.4.1　單工作線程 133
5.4.2　多工作線程 137
5.5　TCP和UDP綁定同一端口 138
第6章　收包 139
6.1　網(wǎng)卡的準(zhǔn)備過(guò)程 139
6.1.1　網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的加載 140
6.1.2　網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的初始化 141
6.1.3　啟用網(wǎng)卡 143
6.2　收包過(guò)程總覽 145
6.3　網(wǎng)絡(luò)接口層 148
6.3.1　網(wǎng)卡收到數(shù)據(jù)包 149
6.3.2　內(nèi)核收到硬中斷 149
6.3.3　內(nèi)核收到軟中斷 150
6.3.4　清理接收隊(duì)列 152
6.3.5　GRO 158
6.3.6　RPS 159
6.3.7　數(shù)據(jù)包進(jìn)入?yún)f(xié)議棧之前 161
6.4　網(wǎng)絡(luò)層（IP） 168
6.4.1　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧入口 169
6.4.2　數(shù)據(jù)包的流向 171
6.4.3　數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā) 172
6.4.4　數(shù)據(jù)包進(jìn)入傳輸層之前 173
6.5　傳輸層（UDP） 174
6.5.1　UDP協(xié)議入口 175
6.5.2　數(shù)據(jù)包的特殊處理 176
6.5.3　將數(shù)據(jù)包放入接收隊(duì)列 178
6.5.4　喚醒等待數(shù)據(jù)的進(jìn)程/線程 179
6.6　套接字層 183
6.6.1　創(chuàng)建套接字 183
6.6.2　綁定套接字 188
6.6.3　讀取套接字 189
第7章　發(fā)包 195
7.1　發(fā)包流程總覽 195
7.2　套接字層 198
7.2.1　send/sendto函數(shù)（用戶(hù)態(tài)） 198
7.2.2　send/sendto系統(tǒng)調(diào)用（內(nèi)核態(tài)） 199
7.2.3　選擇發(fā)送函數(shù) 200
7.2.4　將消息對(duì)象遞交到傳輸層 201
7.3　傳輸層（UDP） 202
7.3.1　處理消息對(duì)象 203
7.3.2　處理數(shù)據(jù)包（struct sk_buff） 211
7.4　網(wǎng)絡(luò)層（IP） 212
7.4.1　IP層入口函數(shù) 213
7.4.2　IPv4的發(fā)送函數(shù) 214
7.4.3　執(zhí)行BPF程序 214
7.4.4　數(shù)據(jù)包的分片 215
7.4.5　將數(shù)據(jù)包發(fā)給鄰居子系統(tǒng) 216
7.5　鄰居子系統(tǒng) 217
7.5.1　確定發(fā)送路徑 219
7.5.2　快速發(fā)送路徑 220
7.5.3　慢速發(fā)送路徑 222
7.6　網(wǎng)絡(luò)接口層 225
7.6.1　網(wǎng)絡(luò)接口層入口 226
7.6.2　內(nèi)核選擇發(fā)送隊(duì)列 229
7.6.3　運(yùn)行排隊(duì)規(guī)則 233
7.6.4　將數(shù)據(jù)包遞交到網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng) 235
7.6.5　網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)發(fā)包 236
7.6.6　軟中斷處理過(guò)程 240
7.6.7　網(wǎng)卡發(fā)送完成 241
第8章　內(nèi)存 244
8.1　物理內(nèi)存 244
8.1.1　物理內(nèi)存模型 244
8.1.2　物理內(nèi)存架構(gòu) 250
8.1.3　物理內(nèi)存節(jié)點(diǎn) 253
8.1.4　物理內(nèi)存區(qū)域 256
8.1.5　物理內(nèi)存頁(yè) 261
8.1.6　物理內(nèi)存布局 266
8.1.7　物理內(nèi)存硬件 269
8.2　虛擬內(nèi)存 270
8.2.1　虛擬內(nèi)存布局 270
8.2.2　虛擬內(nèi)存空間 279
8.2.3　虛擬內(nèi)存區(qū)域 288
8.2.4　虛擬內(nèi)存申請(qǐng) 290
8.3　內(nèi)存映射 301
8.3.1　正向映射 301
8.3.2　反向映射 307
第9章　案例 310
9.1　偽內(nèi)存泄漏排查 310
9.1.1　背景 310
9.1.2　分析 310
9.1.3　定位 311
9.2　周期性事故處理 312
9.2.1　背景 312
9.2.2　猜想（大膽假設(shè)） 312
9.2.3　定位（小心求證） 313
9.2.4　總結(jié) 316