BPF Performance Tools

BPF Performance Tools pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Addison Wesley
作者:Brendan Gregg
出品人:
页数:700
译者:
出版时间:2019-11-4
价格:USD 69.99
装帧:Hardcover
isbn号码:9780136554820
丛书系列:
图书标签:
  • Linux/Unix
  • 性能
  • 计算机
  • Linux
  • eBPF
  • BPF
  • 计算机科学
  • 软件工程
  • BPF
  • 性能
  • 调优
  • Linux
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具体描述

BPF (eBPF) tracing is the superpower that can analyze everything, helping you find performance wins, troubleshoot software, and more. This book covers over one hundred and fifty BPF observability tools for the analysis of CPUs, memory, disks, file systems, networking, languages, applications, containers, hypervisors, security, and the

Linux kernel. These tools range from basic to advanced, producing new metrics, stack traces, and custom latency histograms.

This is a book for everyone: sysadmins, developers, SREs, performance engineers, database engineers, researchers, and students. While prior knowledge is helpful, this book summarizes performance engineering and

kernel internals to help even relative beginners understand the included BPF tools. No programming is necessary, either, unless you want to. These easy-to-use tools can be run as-is, and this book also teaches you how to customize and develop your own BPF observability tools using different interfaces, with a focus on the high-level

bpftrace front-end.

《现代操作系统原理与实践:从内核到用户空间》 本书简介 《现代操作系统原理与实践:从内核到用户空间》是一部深入剖析当代复杂操作系统(如 Linux 和类 Unix 系统)核心机制、设计哲学以及底层实现细节的权威著作。它超越了传统教科书的理论叙述,侧重于将抽象概念与实际代码路径和性能考量紧密结合,旨在为系统程序员、高级开发人员、性能工程师以及希望深入理解现代计算基础设施的专业人士提供一份详尽的路线图。 本书结构严谨,逻辑清晰,从最基础的硬件抽象层开始,逐步构建起对现代操作系统的完整认知框架。它不仅仅关注“是什么”,更致力于解释“为什么”和“如何实现”。 --- 第一部分:基础架构与核心抽象(Foundational Architecture and Core Abstractions) 本部分奠定了理解操作系统复杂性的基石。我们首先回顾现代计算机体系结构对操作系统的影响,包括内存层次结构、缓存一致性模型和中断处理机制。 第 1 章:从硬件到内核:启动序列与特权级别 本章详细解析了系统启动流程,从 BIOS/UEFI 初始化到内核的第一个指令被执行。深入探讨了 CPU 的特权级别(Ring 0 到 Ring 3)如何实现隔离与保护,以及内核如何建立其初始数据结构。重点关注内存管理单元 (MMU) 的初始化过程,包括页表的建立和地址转换的硬件加速机制。我们将分析启动加载器(如 GRUB)的角色和限制。 第 2 章:进程与线程模型:抽象的艺术 本章是理解并发性的核心。我们详细区分了进程(Process)和线程(Thread)在内核中的表示。重点剖析了 Linux 中的 Task Structure (task_struct) 如何聚合所有进程状态信息(调度信息、内存描述符、文件描述符表等)。 上下文切换 (Context Switching): 深入探究内核如何保存和恢复 CPU 寄存器状态,以及 TLB (Translation Lookaside Buffer) 在上下文切换中扮演的角色和潜在的性能开销。 线程的内核视图: 解析轻量级进程(LWP)模型,以及用户空间线程库(如 NPTL)如何与内核调度器交互。 第 3 章:系统调用接口:用户态与内核态的桥梁 系统调用是用户程序与内核交互的唯一正式途径。本章详细拆解了系统调用实现的机制,包括中断描述符表 (IDT)、陷阱 (Trap) 处理,以及参数传递的约定。我们比较了不同架构(如 x86-64 的 `syscall` 指令)和传统中断处理方式的效率差异。章节最后会分析系统调用的延迟剖面,识别常见的性能瓶颈。 --- 第二部分:内存管理深度解析(In-Depth Memory Management) 内存是现代计算中最关键的资源。本部分将揭示操作系统如何高效、安全地管理物理和虚拟内存。 第 4 章:虚拟内存的构建与映射 本章详细阐述了虚拟地址空间(VAS)的结构。我们研究了页表 (Page Tables) 的多级结构、缓存机制,以及内核如何维护进程的地址空间描述符。 地址转换的性能影响: 分析 TLB 命中与未命中的成本,以及内核如何通过页表遍历来模拟地址转换。 内存区域 (VMAs): 解析 `mm_struct` 如何管理内存映射,包括代码段、数据段、堆栈和内存映射文件。 第 5 章:物理内存分配与回收 本章关注物理内存的管理。我们将深入研究伙伴系统 (Buddy System) 的分配算法,以及它如何平衡大块和小块内存的需求。 内存碎片化: 讨论外部和内部碎片化的成因,并分析内核采取的缓解策略,如高/低内存区划分(在支持的架构上)。 内存回收机制: 详述 Active/Inactive List 和 LRU (Least Recently Used) 算法在页面置换(Paging Out)中的作用,以及如何决定哪些页面应该被换出到交换空间。 第 6 章:内核内存分配器:Slab 与 SLUB 内核自身的内存管理是性能的关键。本章专门针对内核对象分配器进行深入分析。我们将对比 Slab、SLUB 和 SLOB 的设计理念,重点探讨 Slab 缓存如何解决小对象频繁分配和释放带来的开销。分析缓存对 CPU 缓存的影响(如缓存污染和 NUMA 拓扑感知)。 --- 第三部分:调度、同步与并发控制(Scheduling, Synchronization, and Concurrency) 高效的资源调度是操作系统响应速度和吞吐量的核心保障。 第 7 章:现代调度器原理:CFS 与实时调度 本章聚焦于 Linux 的 Completely Fair Scheduler (CFS)。我们将详细解释 CFS 如何使用红黑树(Red-Black Tree)来模拟理想的公平性,以及 虚拟运行时 (vruntime) 的概念。 调度实体与组: 分析进程组(cgroups)如何与调度器交互,实现资源隔离。 实时调度策略: 讨论 FIFO 和 Round-Robin 实时策略,以及它们在内核中的优先级和抢占机制。 第 8 章:同步原语与锁机制 本部分探讨内核如何管理并发访问共享数据结构。我们分析了不同的同步机制及其适用场景: 自旋锁 (Spinlocks): 适用于短时间临界区,以及它们在多核环境下的竞争与性能影响。 信号量 (Semaphores) 与互斥锁 (Mutexes): 在等待资源时如何将进程阻塞,以及它们与调度器的交互。 RCU (Read-Copy-Update): 深入解析 RCU 这种高性能读多写少的同步机制,这是现代内核性能优化的基石。 第 9 章:中断、异常与软中断:响应世界 本章关注系统对外部事件和内部错误的响应。详细分析中断处理的两个阶段(硬中断与软中断),并重点讨论 软中断 (Softirqs) 和 Tasklets 的工作机制,阐明内核如何将耗时的处理推迟到非中断上下文,以最小化中断延迟。 --- 第四部分:I/O 子系统与存储交互(I/O Subsystem and Storage Interaction) 本部分涵盖了数据如何在设备和内存之间高效流动。 第 10 章:块设备 I/O 栈与 I/O 调度器 我们深入现代块 I/O 的核心。分析 Bio 结构体和 I/O 请求结构体如何在 I/O 栈中传递。重点讲解 I/O 调度器(如 Deadline、Noop、MQ 调度器)如何优化磁盘访问顺序,以提高机械硬盘和 SSD 的性能。 第 11 章:文件系统核心:VFS 与缓存机制 本书将 VFS (Virtual Filesystem Switch) 视为一个重要的抽象层。分析 VFS 如何统一不同文件系统的接口。 缓存的重要性: 详细介绍 Page Cache 和 Dentry Cache 的结构、填充和失效策略。理解缓存一致性如何维护文件系统的正确性。 写入回写 (Writeback): 探讨数据如何从内存安全地持久化到磁盘,包括延迟写入和回写进程的作用。 第 12 章:网络堆栈:从驱动到 Socket 本章追踪数据包在内核中的生命周期。从网卡驱动接收数据到将其交付给用户空间的 Socket 缓冲区的过程。 零拷贝技术: 分析如 `sendfile()` 等技术如何绕过用户空间,减少 CPU 开销和内存拷贝次数。 TCP/IP 协议栈的内核实现: 简要概述网络协议的内核处理流程,特别是处理中断和软中断与网络数据流的衔接点。 --- 附录:性能分析工具与方法论 附录提供了一套实用的工具集和思维框架,用于在实际系统中诊断性能问题。涵盖了如何使用静态跟踪点、动态跟踪技术(如 kprobes 的原理)来窥探内核的运行时行为,以及如何解读常见的性能报告,为读者提供将理论知识应用于生产环境的能力。 目标读者: 希望深入理解 Linux/Unix 操作系统内部工作机制的资深开发者。 从事高性能计算、嵌入式系统或内核开发工作的工程师。 系统架构师和 SRE 工程师,需要精确诊断和优化系统瓶颈的专业人士。

作者简介

Brendan Gregg is a senior performance engineer at Netflix and a major contributor to BPF (eBPF), leading its use for observability. In the past fifteen years he has used BPF and prior tracers in many different production environments, and has published tools, visualizations, and books about his work. He has also developed and delivered training classes worldwide to teach performance analysis. He was the primary author of "DTrace: Dynamic Tracing in Oracle Solaris, Mac OS X, and FreeBSD" (2011), and the author of "Systems Performance: Enterprise and the Cloud" (2013). For the past five years he has been focused on BPF tracing, and has helped develop and maintain the main BPF

front-ends, bcc and bpftrace, for which he created the reference guides and tutorials, and over seventy new BPF performance analysis tools, plus over eighty more for this book.

目录信息

Table of Contents
Preface
Part I: Technologies
1. Intro
2. Technology Background
3. Performance Analysis
4. bcc
5. bpftrace
Part II: Using BPF Tools
6. CPUs
7. Memory
8. File Systems
9. Disk I/O
10. Networking
11. Security
12. Languages
13. Applications
14. Kernel
15. Containers
16. Hypervisors
Part III: Additional Topics
17. Other BPF Tools
18. Tips and Tricks
Apx.A. bpftrace One-Liners
Apx.B. bpftrace Cheat Sheet
Apx C. bcc Tool Development
Apx D. C BPF
Apx E. BPF Instructions
Glossary
Bibliography
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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《BPF Performance Tools》这本书,简直就像是为我量身定制的性能调优指南。在当今高度复杂的软件环境中,系统性能的稳定性和高效性已经成为衡量一个应用或服务的核心指标。而要实现这一点,深入了解操作系统内核的工作机制是必不可少的。BPF技术,凭借其强大的内核级可编程性和可见性,为我们提供了这种深入的洞察力。我一直以来都在寻求能够系统性地学习和掌握BPF技术的途径,而这本书的出现,恰恰满足了我的这一迫切需求。我特别看重书中的“Tools”部分,我期待它能够提供一系列经过精心设计的BPF工具,这些工具能够帮助我高效地收集和分析系统性能数据,发现那些隐藏在代码深处的瓶颈。我希望通过阅读这本书,我不仅能学会如何使用这些工具,更能理解它们背后的原理,并能够根据自己的实际需求进行定制和扩展。这本书的出现,无疑是我在系统性能优化道路上的一次重要飞跃。

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在我看来,技术书籍的价值,在于它能否引导读者触及问题的本质,并提供解决问题的可行方案。《BPF Performance Tools》这本书,从书名来看,正是朝着这个方向前进。我一直对那些能够深入操作系统内核、提供前所未有的可见性的技术充满浓厚兴趣,而BPF正是这样一项革命性的技术。它允许我们在不修改内核代码的情况下,动态地加载和执行自定义的代码,从而实现对系统行为的精细化监控和分析。我对于这本书能够提供的“Performance Tools”方面的内容尤其期待,因为在复杂的分布式系统中,定位性能瓶颈往往是极其耗时耗力的任务。我希望这本书能够为我提供一套完整的BPF工具集,并教会我如何运用这些工具来诊断各种性能问题,例如高延迟、资源争用、以及不寻常的系统行为。我更希望这本书能够传授一种思维方式,一种能够用BPF的视角来审视系统运行,并从中发现潜在问题的能力。我相信,通过学习这本书,我能够更自信地应对各种性能挑战,并构建更稳定、更高效的系统。

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BPF Performance Tools 这本书,单单是书名就足以勾起我这个深度技术爱好者的无限好奇心。在我接触过的技术书籍中,很多往往是理论堆砌,或者仅仅停留在工具的表层介绍,但“BPF Performance Tools”这几个字,似乎预示着一种更深入、更实用的探索,直击性能调优的痛点。我尤其对“Performance Tools”这部分充满期待,因为在复杂的分布式系统和微服务架构下,找到性能瓶颈并加以解决,简直是如同大海捞针般困难。而BPF(Berkeley Packet Filter)技术本身,其强大的内核级可见性和可编程性,已经让我惊叹不已,我一直渴望能有一本详实的指南,能够将这项强大的技术与实际的性能分析场景相结合。这本书的出现,无疑填补了我学习路径上的一个重要空白。我希望它不仅能教我如何使用BPF工具,更能教会我如何用BPF的视角去看待和理解系统的运行,如何通过BPF来发现那些隐藏在代码深处的性能“幽灵”。我脑海中已经浮现出无数个场景:监控网络流量的细微变化,分析CPU调度的微小延迟,甚至是追踪应用程序内部的函数调用链,这些都需要一种能够深入系统内核的能力,而BPF正是实现这一能力的绝佳途径。我迫不及待地想要翻开这本书,学习如何构建更健康、更高效的系统。

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我之所以对《BPF Performance Tools》这本书充满期待,是因为它触及了我职业生涯中一个最核心的痛点——如何有效地诊断和解决系统性能问题。在微服务架构和云原生技术日新月异的今天,系统的复杂性呈指数级增长,传统的性能监控手段往往显得力不从心。BPF(Berkeley Packet Filter)技术,作为一种能够深入到操作系统内核,以一种安全且高效的方式执行用户定义代码的机制,为我们打开了解决这一问题的全新视角。我非常希望这本书能够详尽地介绍BPF在各种实际性能场景中的应用,例如如何利用BPF来监控网络流量的细节、分析CPU调度的延迟、追踪系统调用的执行情况,甚至是如何深入到应用程序的内部来理解其性能表现。我尤其看重书中关于“Tools”的部分,我期待它能提供一系列实用的、可以直接上手使用的BPF工具,并且能够教会我如何根据具体的场景来选择和定制这些工具。这本书的出现,对我来说,就像是在茫茫的技术海洋中找到了一座灯塔,为我指明了深入理解和优化系统性能的方向。

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《BPF Performance Tools》这本书,就像是我一直在苦苦寻找的那把开启系统性能优化大门的钥匙。在当前这个技术日新月异的时代,尤其是在微服务和容器化技术普及的背景下,系统的复杂性使得传统的性能分析方法显得捉襟见肘。BPF技术,作为一种能够深入到操作系统内核,以极高的效率和灵活性进行数据采集与分析的强大工具,无疑为我们提供了一种全新的解决方案。我非常期待这本书能够详尽地阐述BPF在各种性能瓶颈诊断中的应用,例如如何高效地监控网络延迟、分析CPU调度争用、追踪应用程序的函数执行路径、以及如何深入理解内存的使用情况。我尤其关注书中对“Performance Tools”的介绍,希望它能提供一套完整的、可操作的BPF工具集,并辅以丰富的代码示例和实践指导,让我能够快速上手,并在实际工作中得到应用。这本书的出现,对我来说,不仅仅是学习一项新技术,更是掌握一种能够更深层次理解和优化系统性能的思维方式。

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《BPF Performance Tools》这本书,从书名上就透露出一种强大的实用性和深入性。在我多年的技术生涯中,性能优化一直是绕不开的关键环节,但很多时候,我们往往停留在表层的监控和日志分析,难以触及问题的根本。BPF技术,作为一种能够深入到操作系统内核,以高度可编程的方式进行数据采集和分析的强大技术,正是解决这一难题的利器。我对于这本书的期待,主要集中在它如何将BPF技术与实际的性能调优场景紧密结合。我希望它能提供一套完整的BPF工具集,并教会我如何使用这些工具来诊断从网络到CPU、再到内存等各个层面的性能瓶颈。我更看重的是书中对于“Tools”的详尽介绍,我希望它能包含丰富的代码示例和实践指导,让我能够快速将所学应用到实际工作中,并能够举一反三,解决更复杂的问题。这本书的出现,对我来说,意味着能够掌握一种更强大、更深入的性能分析手段,从而更好地保障系统的稳定性和高效性。

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我一直对能够深入理解操作系统底层运作机制的技术充满热情,而BPF(Berkeley Packet Filter)技术正是其中最令人兴奋的一项。它赋予了我们一种前所未有的能力,可以在不修改内核代码的前提下,动态地加载和执行自定义的代码,从而对系统进行精细化的监控和分析。《BPF Performance Tools》这本书,从书名上就准确地抓住了我的兴趣点——如何利用BPF来解决实际的性能问题。我一直以来都希望能有一本详实的指南,能够系统地介绍BPF在各种性能场景下的应用,例如如何追踪系统调用、分析网络流量、监控CPU调度、甚至是定位内存泄漏等。我尤其期待书中关于“Tools”的部分,希望能看到一系列经过精心设计、可以直接用于实际操作的BPF工具,并且能够从中学习到如何根据具体需求来构建和定制自己的BPF程序。我相信,通过学习这本书,我将能够更有效地掌握BPF技术,从而在我的工作中提升对系统性能的洞察力,并找到解决复杂性能瓶颈的有效途径。

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自从我第一次接触到BPF技术,我就被它强大的内核级可见性和可编程性深深吸引。然而,如何将这项强大的技术有效地应用于实际的性能调优场景,却是我一直以来探索的重点。《BPF Performance Tools》这本书,恰恰填补了我学习过程中的这一关键环节。我非常看重这本书的实用性,我期待它能够提供一套完整的BPF工具,并且能够详尽地介绍这些工具在各种性能分析场景下的具体应用。从网络流量的细微变化,到CPU调度的微妙延迟,再到应用程序内部的函数调用,我希望这本书能够教会我如何利用BPF来深入洞察系统的每一个角落。我特别希望书中能够包含丰富的代码示例和实践案例,让我能够快速上手,并在我的实际工作中解决遇到的性能问题。我相信,通过学习这本书,我将能够掌握一种更强大、更深入的性能分析方法,从而更好地提升系统的稳定性和运行效率。

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《BPF Performance Tools》这本书,对我而言,简直是一场期盼已久的知识盛宴。我一直以来都在寻找能够帮助我深入理解和优化系统性能的利器,而BPF技术无疑是其中最闪耀的一颗星。在我的实际工作中,经常会遇到一些难以捉摸的性能瓶颈,这些瓶颈往往隐藏在操作系统的深处,常规的监控工具难以触及。BPF技术的出现,为我们提供了一种前所未有的洞察力,能够让我们直接观察内核的行为,追踪程序的执行路径,甚至动态地修改程序的行为。这本书的标题——“BPF Performance Tools”——直接点明了它的核心价值,我期望它能够提供一套系统性的方法,教我如何有效地利用BPF来解决实际的性能问题。我非常好奇书中会涵盖哪些具体的BPF工具和技术,以及它们是如何应用于网络、CPU、内存等不同方面的性能分析。我更看重的是书中的“Tools”部分,它应该会提供一些实用的代码示例和脚本,让我能够快速上手,并在我的工作中应用起来。这本书的出现,对我而言,就像是开启了一扇通往系统性能优化新世界的大门。

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当我拿到《BPF Performance Tools》这本书的时候,我的第一反应是它沉甸甸的分量,这不仅仅是纸张的重量,更是知识的厚度。我对这本书抱有极高的期望,因为在当前云原生和微服务盛行的时代,性能优化已经不再是锦上添花,而是关乎生死存亡的关键。许多时候,我们花费大量时间在抽象层面的讨论,却忽略了对底层系统运行机制的深入理解。BPF技术,作为一种能够深入操作系统内核的强大工具,正是解决这一问题的利器。我尤其关注书中对于BPF在实际问题解决中的应用,例如如何利用BPF来诊断复杂的延迟问题,如何监控应用程序的资源消耗,以及如何实现高效的日志收集和分析。我相信,这本书不会仅仅停留在BPF语法的介绍,而是会提供一套完整的思路和方法论,指导读者如何从“是什么”的问题,上升到“为什么”和“怎么办”的层面。我对书中可能包含的案例研究和实际操作指南非常感兴趣,因为理论知识需要通过实践来巩固和深化。这本书的出现,对我来说,就像是在迷雾中找到了一盏明灯,为我指引了通往性能优化更深层领域的方向。

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ebpf入门指南

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入门学第一部分,剩下的当手册翻翻,总体来说很不错,就是纸质版的字太小了,眼睛要瞎了。

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入门学第一部分,剩下的当手册翻翻,总体来说很不错,就是纸质版的字太小了,眼睛要瞎了。

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