目 錄
第1章 CPU硬件原理 / 1
1.1 CPU的生產(chǎn)過程 / 2
1.2 個(gè)人電腦CPU硬件簡(jiǎn)介 / 3
1.2.1 個(gè)人電腦CPU代際簡(jiǎn)介 / 4
1.2.2 個(gè)人電腦CPU內(nèi)部架構(gòu) / 6
1.3 服務(wù)器CPU硬件簡(jiǎn)介 / 7
1.3.1 服務(wù)器CPU代際簡(jiǎn)介 / 8
1.3.2 服務(wù)器CPU內(nèi)部架構(gòu) / 9
1.3.3 服務(wù)器CPU片內(nèi)總線 / 10
1.3.4 服務(wù)器CPU片間互聯(lián) / 12
1.4 CPU核原理 / 15
1.4.1 CPU核內(nèi)部結(jié)構(gòu) / 15
1.4.2 CPU的工作頻率 / 19
1.4.3 物理核與邏輯核 / 20
1.4.4 CPU的L1/L2/L3緩存查看 / 22
1.4.5 CPU的TLB緩存查看 / 25
1.5 本章總結(jié) / 28

第2章 內(nèi)存硬件原理 / 30
2.1 CPU對(duì)內(nèi)存的硬件支持 / 31
2.1.1 CPU的內(nèi)存控制器 / 31
2.1.2 CPU支持的內(nèi)存代際 / 32
2.1.3 CPU支持的內(nèi)存模塊規(guī)格 / 34
2.1.4 服務(wù)器CPU支持的ECC內(nèi)存 / 36
2.2 內(nèi)存硬件內(nèi)部結(jié)構(gòu) / 44
2.2.1 內(nèi)存的Rank與位寬 / 45
2.2.2 內(nèi)存Chip內(nèi)部構(gòu)成 / 45
2.2.3 服務(wù)器內(nèi)存顆粒構(gòu)成 / 47
2.3 內(nèi)存IO原理 / 48
2.3.1 內(nèi)存延遲 / 48
2.3.2 內(nèi)存IO過程 / 49
2.3.3 內(nèi)存Burst IO / 51
2.4 存儲(chǔ)性能測(cè)試 / 52
2.4.1 延時(shí)測(cè)試 / 52
2.4.2 帶寬測(cè)試 / 55
2.5 本章總結(jié) / 57

第3章 進(jìn)程、線程的對(duì)比 / 58
3.1 進(jìn)程、線程定義 / 59
3.1.1 進(jìn)程、線程狀態(tài) / 61
3.1.2 進(jìn)程ID與線程ID / 62
3.1.3 進(jìn)程樹關(guān)系 / 63
3.1.4 進(jìn)程調(diào)度優(yōu)先級(jí) / 63
3.1.5 進(jìn)程地址空間 / 64
3.1.6 進(jìn)程文件系統(tǒng)信息（當(dāng)前目錄等） / 65
3.1.7 進(jìn)程打開的文件信息 / 66
3.1.8 命名空間 / 67
3.2 進(jìn)程的創(chuàng)建 / 69
3.2.1 Nginx使用fork創(chuàng)建worker / 69
3.2.2 fork系統(tǒng)調(diào)用原理 / 70
3.2.3 本節(jié)小結(jié) / 84
3.3 線程的創(chuàng)建 / 85
3.3.1 線程與進(jìn)程創(chuàng)建的異同 / 87
3.3.2 fork創(chuàng)建線程的詳細(xì)過程 / 88
3.4 進(jìn)程與線程的異同匯總 / 93
3.5 本章總結(jié) / 94

第4章 進(jìn)程加載啟動(dòng)原理 / 96
4.1 可執(zhí)行文件格式 / 97
4.1.1 ELF文件頭 / 98
4.1.2 Program Header Table / 100
4.1.3 Section Header Table / 102
4.1.4 各種Section / 103
4.1.5 入口進(jìn)一步查看 / 104
4.2 shell啟動(dòng)用戶進(jìn)程 / 106
4.3 Linux的可執(zhí)行文件加載器 / 108
4.4 execve加載用戶程序 / 110
4.4.1 alloc_bprm初始化linux_binprm對(duì)象 / 112
4.4.2 bprm_execve執(zhí)行加載 / 114
4.5 ELF文件加載過程 / 115
4.5.1 讀取ELF文件頭 / 116
4.5.2 讀取Program Header / 117
4.5.3 清空父進(jìn)程繼承來的資源 / 118
4.5.4 執(zhí)行Segment加載 / 120
4.5.5 數(shù)據(jù)內(nèi)存申請(qǐng)和堆初始化 / 122
4.5.6 跳轉(zhuǎn)到程序入口執(zhí)行 / 123
4.6 本章總結(jié) / 125

第5章 系統(tǒng)物理內(nèi)存初始化 / 127
5.1 固件介紹 / 128
5.2 物理內(nèi)存安裝檢測(cè) / 129
5.3 初期memblock內(nèi)存分配器 / 133
5.3.1 memblock內(nèi)存分配器的創(chuàng)建 / 133
5.3.2 向memblock分配器申請(qǐng)內(nèi)存 / 136
5.4 NUMA信息感知 / 139
5.4.1 非一致性內(nèi)存訪問原因 / 139
5.4.2 Linux獲取NUMA信息 / 140
5.5 物理頁(yè)管理之伙伴系統(tǒng) / 143
5.5.1 伙伴系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) / 143
5.5.2 伙伴系統(tǒng)管理空閑頁(yè)面 / 145
5.5.3 memblock向伙伴系統(tǒng)交接物理內(nèi)存 / 148
5.6 本章總結(jié) / 149

第6章 進(jìn)程如何使用內(nèi)存 / 153
6.1 虛擬內(nèi)存和物理頁(yè) / 154
6.1.1 虛擬地址空間 / 154
6.1.2 缺頁(yè)中斷 / 157
6.2 虛擬內(nèi)存使用方式 / 162
6.2.1 進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)對(duì)虛擬內(nèi)存的使用 / 162
6.2.2 mmap / 166
6.2.3 sbrk和brk / 168
6.3 進(jìn)程棧內(nèi)存的使用 / 170
6.3.1 進(jìn)程棧的初始化 / 170
6.3.2 棧的自動(dòng)增長(zhǎng) / 172
6.3.3 進(jìn)程棧總結(jié) / 176
6.4 線程棧是如何使用內(nèi)存的 / 176
6.4.1 glibc線程對(duì)象 / 178
6.4.2 確定�？臻g大小 / 178
6.4.3 申請(qǐng)用戶棧 / 180
6.4.4 創(chuàng)建線程 / 182
6.4.5 線程棧小結(jié) / 183
6.5 進(jìn)程堆內(nèi)存管理 / 183
6.5.1 ptmalloc內(nèi)存分配器定義 / 184
6.5.2 malloc內(nèi)存分配過程 / 190
6.6 本章總結(jié) / 192

第7章 進(jìn)程調(diào)度器 / 196
7.1 Linux進(jìn)程調(diào)度發(fā)展簡(jiǎn)史 / 197
7.1.1 O(n)調(diào)度發(fā)展過程 / 197
7.1.2 Linux 2.5 O(1)調(diào)度器 / 201
7.1.3 完全公平調(diào)度器誕生 / 205
7.2 Linux調(diào)度器定義 / 205
7.2.1 實(shí)時(shí)調(diào)度器 / 208
7.2.2 完全公平調(diào)度器 / 209
7.3 進(jìn)程的任務(wù)隊(duì)列選擇 / 211
7.3.1 新進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)加入 / 212
7.3.2 老進(jìn)程喚醒時(shí)加入 / 220
7.4 調(diào)度時(shí)機(jī) / 221
7.4.1 調(diào)度節(jié)拍 / 221
7.4.2 真正的調(diào)度 / 232
7.5 任務(wù)切換開銷實(shí)測(cè) / 234
7.5.1 進(jìn)程切換開銷 / 235
7.5.2 線程切換開銷 / 237
7.6 Linux調(diào)度器相關(guān)命令 / 238
7.6.1 調(diào)度策略 / 238
7.6.2 nice值設(shè)置 / 239
7.6.3 taskset命令 / 241
7.7 本章總結(jié) / 242

第8章 性能統(tǒng)計(jì)原理 / 246
8.1 負(fù)載 / 247
8.1.1 理解負(fù)載查看過程 / 247
8.1.2 內(nèi)核負(fù)載計(jì)算過程 / 249
8.1.3 平均負(fù)載和CPU消耗的關(guān)系 / 254
8.1.4 負(fù)載計(jì)算整體流程 / 256
8.2 CPU利用率 / 256
8.2.1 方案思考 / 257
8.2.2 top命令使用的數(shù)據(jù)在哪里 / 259
8.2.3 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是怎么來的 / 262
8.2.4 CPU利用率統(tǒng)計(jì)流程 / 266
8.3 指令統(tǒng)計(jì) / 268
8.4 本章總結(jié) / 270

第9章 用戶態(tài)協(xié)程 / 274
9.1 Go的GMP原理 / 275
9.1.1 Go中的線程 / 276
9.1.2 Go中的協(xié)程 / 277
9.1.3 Go中的虛擬處理器 / 278
9.2 Go程序啟動(dòng)過程 / 280
9.2.1 尋找執(zhí)行入口 / 281
9.2.2 執(zhí)行入口分析 / 282
9.2.3 main函數(shù)真正運(yùn)行 / 290
9.3 協(xié)程的棧內(nèi)存 / 292
9.3.1 回憶進(jìn)程棧和glibc 線程棧 / 292
9.3.2 Go的線程棧與協(xié)程棧 / 293
9.3.3 Go協(xié)程棧的擴(kuò)張 / 296
9.4 使用協(xié)程封裝epoll / 299
9.4.1 Go net包使用方式 / 300
9.4.2 Listen底層過程 / 301
9.4.3 Accept過程 / 305
9.4.4 Read和Write內(nèi)部過程 / 310
9.4.5 Go喚醒協(xié)程 / 312
9.5 協(xié)程切換性能測(cè)試 / 314
9.6 本章總結(jié) / 316

第10章 容器化技術(shù) / 318
10.1 容器發(fā)展過程 / 319
10.1.1 虛擬機(jī)時(shí)代 / 319
10.1.2 容器化技術(shù) / 320
10.2 PID命名空間 / 326
10.2.1 默認(rèn)命名空間 / 327
10.2.2 新PID命名空間創(chuàng)建 / 330
10.2.3 在命名空間中申請(qǐng)pid / 334
10.2.4 容器進(jìn)程pid查看 / 337
10.3 本章總結(jié) / 339

第11章 容器的CPU資源限制 / 340
11.1 CPU cgroup的創(chuàng)建原理 / 341
11.1.1 使用cgroupfs創(chuàng)建cgroup / 341
11.1.2 內(nèi)核中cgroup的相關(guān)定義 / 344
11.1.3 創(chuàng)建cgroup對(duì)象原理 / 349
11.1.4 將進(jìn)程PID寫進(jìn)cgroup / 351
11.2 容器CPU權(quán)重分配實(shí)現(xiàn) / 354
11.2.1 容器CPU權(quán)重設(shè)置 / 354
11.2.2 容器CPU權(quán)重分配實(shí)現(xiàn) / 355
11.3 容器CPU限制分配實(shí)現(xiàn) / 358
11.3.1 設(shè)置CPU限制 / 358
11.3.2 設(shè)置CPU限制底層原理 / 360
11.3.3 進(jìn)程CPU帶寬控制過程 / 362
11.3.4 進(jìn)程的可運(yùn)行時(shí)間的分配 / 368
11.3.5 容器CPU性能 / 372
11.4 K8s中的limits與requests / 375
11.5 容器中的CPU利用率 / 377
11.5.1 獲取容器CPU利用率的思路 / 377
11.5.2 cgroup v1 CPU 利用率統(tǒng)計(jì)原理 / 381
11.5.3 cgroup v2 CPU利用率統(tǒng)計(jì)原理 / 385
11.6 本章總結(jié) / 391

第12章 容器的內(nèi)存資源限制 / 394
12.1 內(nèi)存cgroup的創(chuàng)建原理 / 395
12.1.1 內(nèi)存cgroup定義 / 395
12.1.2 創(chuàng)建內(nèi)存cgroup / 395
12.1.3 內(nèi)存cgroup中的接口文件 / 397
12.2 設(shè)置內(nèi)存cgroup內(nèi)存限制 / 397
12.3 容器物理內(nèi)存的分配 / 399
12.3.1 記賬過程 / 401
12.3.2 容器內(nèi)存超出限制時(shí)的處理 / 402
12.3.3 詳細(xì)記賬 / 402
12.4 容器內(nèi)存用量查看 / 403
12.4.1 總開銷觀察 / 403
12.4.2 詳細(xì)開銷觀察 / 404
12.5 動(dòng)手模擬容器內(nèi)存限制實(shí)驗(yàn) / 405
12.6 本章總結(jié) / 409

第13章 調(diào)用原理及性能 / 411
13.1 函數(shù)調(diào)用 / 412
13.1.1 C語(yǔ)言函數(shù)工作原理 / 412
13.1.2 Go語(yǔ)言函數(shù)工作原理 / 414
13.1.3 函數(shù)開銷實(shí)測(cè) / 415
13.2 系統(tǒng)調(diào)用 / 416
13.2.1 系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)部原理 / 417
13.2.2 系統(tǒng)調(diào)用性能實(shí)測(cè) / 418
13.3 RPC調(diào)用 / 420
13.4 本章總結(jié) / 423

第14章 性能觀測(cè)技術(shù)原理 / 424
14.1 性能觀測(cè)技術(shù)概覽 / 425
14.2 內(nèi)核偽文件系統(tǒng) / 429
14.2.1 procfs / 429
14.2.2 sysfs / 431
14.3 硬件和軟件事件 / 431
14.3.1 硬件事件 / 431
14.3.2 軟件事件 / 438
14.4 火焰圖原理 / 442
14.4.1 perf采樣原理 / 444
14.4.2 FlameGraph工作過程 / 446
14.5 內(nèi)核跟蹤技術(shù)原理 / 448
14.5.1 靜態(tài)跟蹤 / 448
14.5.2 kprobes動(dòng)態(tài)跟蹤 / 455
14.6 觀測(cè)工具介紹 / 459
14.6.1 perf工具介紹 / 459
14.6.2 Kubernetes統(tǒng)計(jì)上報(bào) / 467
14.7 本章總結(jié) / 468

第15章 CPU性能觀測(cè)方法 / 469
15.1 CPU利用率 / 470
15.2 熱點(diǎn)火焰圖 / 479
15.3 系統(tǒng)調(diào)用 / 480
15.4 調(diào)度器運(yùn)行觀測(cè) / 481
15.4.1 負(fù)載 / 482
15.4.2 任務(wù)上下文切換次數(shù) / 483
15.4.3 任務(wù)遷移次數(shù) / 486
15.4.4 調(diào)度器延遲 / 486
15.5 虛擬內(nèi)存開銷 / 487
15.6 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧開銷 / 488
15.7 硬件指令運(yùn)行效率 / 493
15.7.1 CPI和IPC / 494
15.7.2 Cache Miss / 496
15.8 本章總結(jié) / 498

第16章 程序CPU性能優(yōu)化 / 500
16.1 應(yīng)用層優(yōu)化 / 501
16.1.1 熱點(diǎn)函數(shù)查找 / 501
16.1.2 減少不必要的業(yè)務(wù)邏輯處理 / 502
16.1.3 算法優(yōu)化 / 502
16.1.4 反微服務(wù) / 504
16.1.5 內(nèi)存對(duì)齊 / 506
16.1.6 緩存友好性的代碼 / 507
16.2 編程語(yǔ)言及框架優(yōu)化 / 509
16.2.1 編程語(yǔ)言性能差異 / 509
16.2.2 網(wǎng)絡(luò)IO編程模型 / 510
16.2.3 內(nèi)存分配器 / 511
16.3 內(nèi)核調(diào)優(yōu) / 513
16.3.1 減少系統(tǒng)調(diào)用 / 513
16.3.2 虛擬內(nèi)存優(yōu)化 / 513
16.3.3 調(diào)度器優(yōu)化 / 514
16.3.4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧優(yōu)化 / 520
16.4 基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化 / 522
16.4.1 CPU硬件提升 / 522
16.4.2 開啟睿頻 / 523
16.4.3 關(guān)閉超線程 / 524
16.4.4 硬件卸載 / 524
16.4.5 容器云部署 / 524
16.5 性能優(yōu)化案例 / 525
16.5.1 內(nèi)核中的likely和unlikely / 525
16.5.2 PHP7內(nèi)存性能優(yōu)化 / 527
16.5.3 新聞種子快速匹配 / 530
16.5.4 網(wǎng)址安全服務(wù)性能提升 / 531
16.5.5 CloudFlare接入層性能提升 / 533
16.6 本章總結(jié) / 534