圖解Linux核心工作原理｜透過實作與圖解學習OS與硬體的基礎知識【增訂版】 (2版)

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【簡介】 📌 全彩印刷、圖解詳盡，快速學會關鍵知識 📌 將Go與Python程式的實驗與結果視覺化 透過實作與豐富的精緻圖解，對OS與硬體相關的工作原理是如何運作，進行淺顯易懂的解說，讓您對OS的運作，有更加具體而清晰的了解。 不論是新手還是老手，都很容易陷入「OS是個充滿神秘與困難的東西」的困境。為了要改善這個狀況，本書不會探討艱深的理論，而是以Linux為中心，在進入實作階段前就對Linux的工作原理進行解說，讀者只需要對Linux基本的命令有所瞭解便可輕鬆閱讀。 本書可以幫助你： ．當OS或硬體相關故障產生時，能夠冷靜處理 ．開發出有考慮到硬體特性的優良軟體 ．瞭解該依據什麼樣的指標來設計系統 【目錄】 第1章 Linux概要 　程式與行程 　核心 　系統呼叫 　函式庫 第2章 行程管理-基礎篇 　行程的建立 　行程的父子關係 　行程的狀態 　行程的結束 　殭屍行程（zombie processes）與孤兒行程（orphan process） 　訊號 　實現shell的工作管理 　常駐程式 第3章 行程排程器 　使用單一邏輯CPU 的情形 　使用複數邏輯CPU 的情形 　user+sys 比real 還要大的案例 　時間片 　上下文交換 　關於效能 　程式平行執行的重要性 第4章 記憶體管理系統 　記憶體相關資訊的取得 　記憶體的回收處理 　虛擬記憶體 　分配給行程的新記憶體區域 　分頁表的階層化 第5章 行程管理-應用篇 　行程建立處理的高速化 　行程間通訊 　互斥控制（mutual exclusion） 　互斥控制的原地打轉 　多行程與多執行緒 第6章 裝置存取 　裝置檔 　裝置驅動程式 　裝置檔名是可變的 第7章 檔案系統 　檔案的存取方法 　記憶體對映檔案 　一般檔案系統 　容量制限（配額） 　維持檔案系統的完整性 　Btrfs 所提供的檔案系統高階功能 　資料損毀的偵測/修復 　其他的檔案系統 第8章 記憶階層 　快取記憶體 　Simultaneous Multi Threading（SMT） 　分頁快取 　緩衝快取 　寫入的時機 　direct I/O 　置換（swap） 　統計數據 第9章 區塊層 　HDD的特徵 　區塊層的基本功能 　區塊裝置的效能指標與測量方法 　區塊層對HDD 效能所帶來的影響 　區塊層對NVMe SSD 的效能所帶來的影響 第10章 虛擬化功能 　什麼是虛擬化功能 　虛擬化軟體 　支援虛擬化的CPU功能 　主機作業系統是怎麼看待虛擬機器 　虛擬化環境的行程排程 　虛擬機器與記憶體管理 　虛擬機器與儲存裝置 第11章 容器 　與虛擬機器之間的差異 　容器的種類 　namespace 　安全風險 第12章 cgroup 　cgroup可控制的資源 　使用案例：CPU使用時間的控制 　應用案例 終章　本書所學到的內容與今後的應用方式

Linux核心除錯實務 (1版)

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【簡介】 藉由實用工具與進階技術，對Linux kernel與kernel模組進行有效除錯！ Linux kernel是世界公認最好的作業系統核心。但是要對kernel進行除錯，則是一件相當複雜的工作。本書是學習一切高階kernel除錯的全面性指南。深入涵蓋許多領域，例如基於工具的除錯（debug）技術（printk與動態除錯框架），並展示如何使用Kprobes。涉及記憶體的bug往往是一場惡夢，我們用兩個章節的篇幅來講解針對記憶體除錯的工具與技術。當kernel賞你一個Oops時，該如何準確地解讀才能解開最根本的問題呢？這本書提供了解答。 並行性（concurrency）往往是一個複雜的主題，本書能幫助你確切地了解何謂資料競爭（data race），包括使用KCSAN來檢測這類問題。還有一些棘手的問題，無論是在除錯還是效能方面，都需要詳細的kernel層級追蹤；你將學習到如何使用Ftrace及其前端（frontend）的強大功能，還將會知道如何在kernel內部的GDB工具（KGDB）與許多其他工具，用於處理kernel lockup、hangs與可怕的kernel panic。 讀完本書，你將能掌握各種強大的kernel debug工具與技術，以及具有在何時間點使用適當工具和技術的敏銳能力。 你將學到的內容： *探索基於工具的printk，以及功能強大的動態除錯框架（dynamic debug framework） *使用靜態與動態的Kprobes，trap kernel/module 的函式 *使用KASAN、UBSAN、SLUB debug 和kmemleak捕捉kernel 的記憶體問題 *深入解譯Oops，並精準識別程式碼的行號位置 *了解資料競爭，並使用KCSAN捕捉難以捉摸的並行性（concurrency）問題 *利用Ftrace與trace-cmd詳細追蹤kernel流程 *撰寫自訂的kernel panic handler（處理常式），並檢測kernel lockup與hangs *使用 KGDB 單步執行，以及 debug kernel/module 的原始碼 中文版勘誤資料：http://lkd.netdpi.net/errata 【目錄】 【PART 1 Kernel 除錯的簡介與方法】 chapter 1 軟體除錯概論 　　1.1 技術需求 　　1.2 軟體除錯 - 定義、起源與由來 　　1.3 軟體錯誤：真實案例 　　1.4 設定工作區 　　1.5 兩個 kernel 的故事 　　1.6 幾個簡單的 Debug 技巧提示 　　結論 chapter 2 Debug Kernel 的方法 　　2.1 技術需求 　　2.2 分類 bug type 　　2.3 Debug Kernel：方法不同的原因 　　2.4 概述 debug kernel 的不同方法 　　結論 【PART 2 Kernel 與驅動程式的除錯工具與技術】 chapter 3 透過檢測除錯：使用 printk 與其族類 　　3.1 技術需求 　　3.2 無所不在的 kernel printk 　　3.3 將 printk 用於除錯目的 　　3.4 使用 kernel 強大的動態 debug 功能 　　3.5 剩下的 printk 雜項字元 　　結論 chapter 4 透過Kprobes 儀器進行debug 　　4.1 了解 kprobes 基礎 　　4.2 使用 static kprobes - 傳統的探測方法 　　4.3 了解 ABI 的基本概念 　　4.4 使用 static kprobes - 範例 3 與範例 4 　　4.5 開始使用 kretprobes 　　4.6 Kprobes：限制性與不利因素 　　4.7 更簡單的方法：動態 kprobes 或基於 kprobes 的事件追蹤 　　4.8 透過 perf 和 eBPF 工具，對 execve() API 進行 trap 　　結論 chapter 5 Kernel 記憶體除錯問題初探 　　5.1 技術需求 　　5.2 記憶體到底出了什麼問題？ 　　5.3 使用 KASAN 和 UBSAN 找到記憶體 bug 　　5.4 使用 Clang 編譯 kernel 和 module 　　5.5 捕捉 kernel 中的記憶體缺陷：比較與注意事項 (Part 1) 　　結論 chapter 6 再論 Kernel 記憶體除錯問題 　　6.1 技術需求 　　6.2 透過 SLUB debug 偵測 slab 記憶體損毀 　　6.3 使用 kmemleak 找出記憶體洩漏問題 　　6.4 捕捉 kernel 中的記憶體缺陷：比較與注意事項(Part 2) 　　結論 chapter 7 Oops！解讀 kernel 的 bug 診斷 　　7.1 技術需求 　　7.2 產生一個簡單的 kernel bug 和 Oops 　　7.3 介紹 Kernel Oops 以及所代表的意義 　　7.4 魔鬼藏在細節裡：解碼 Oops 　　7.5 協助判斷 Oops 位置的工具與技術 　　7.6 ARM Linux 系統上的 Oops 及使用 Netconsole 　　7.7 幾個實際的 Oops 　　結論 chapter 8 鎖的除錯 　　8.1 技術需求 　　8.2 上鎖與 debug 因鎖產生的 bug 　　8.3 上鎖：快速總結要點 　　8.4 使用 KCSAN 攔截 concurrency bug 　　8.5 一些實際案例：由於上鎖問題導致的 kernel bug 　　結論 【PART 3 額外的 Kernel 除錯工具與技術】 chapter 9 追蹤 Kernel 流程 　　9.1 技術需求 　　9.2 Kernel 追蹤技術：概論 　　9.3 使用 ftrace kernel 追蹤程式 　　9.4 使用 trace-cmd、KernelShark 與 perf-tools ftrace 前端工具 　　9.5 用 LTTng 和 Trace Compass 追蹤 kernel 的簡介 　　結論 chapter 10 Kernel Panic、Lockup 以及 Hang 　　10.1 技術需求 　　10.2 Panic！Kernel panic 時會發生什麼事？ 　　10.3 撰寫自訂的 kernel panic 處理常式 　　10.4 偵測 kernel 中的 lockup 和 CPU 停止 　　10.5 採用 kernel 的掛起任務和工作佇列停止偵測器 　　結論 chapter 11 使用 Kernel GDB (KGDB) 　　11.1 技術需求 　　11.2 從概念上理解 KGDB 的運作 　　11.3 為 KGDB 建立 ARM target 系統和 kernel 　　11.4 使用 KGDB debug kernel 　　11.5 使用 KGDB debug kernel 模組 　　11.6 [K]GDB：一些提示和技巧 　　結論 chapter 12 再談談一些 kernel debug 方法 　　12.1 Kdump/crash 架構簡介 　　12.2 淺談 kernel 程式碼的靜態分析 　　12.3 Kernel code coverage 工具和測試框架簡介 　　12.4 其他：使用 journalctl、斷言 (assertions) 和警告 　　結論 索引