目次

序章　はじめに

第1章　Linuxの概要

• プログラムとプロセス
• カーネル
• システムコール
  • システムコール発行の可視化
  • システムコールを処理している時間の割合
  • Column 監視、アラート、およびダッシュボード
  • システムコールの所要時間
• ライブラリ
  • 標準Cライブラリ
  • システムコールのラッパー関数
  • 静的ライブラリと共有ライブラリ
  • Column 静的リンクの復権

第2章　プロセス管理（基礎編）

• プロセスの生成
  • 同じプロセスを2つに分裂させるfork()関数
  • 別のプログラムを起動するexecve()関数
  • ASLRによるセキュリティ強化
• プロセスの親子関係
  • Column fork()関数とexecve()関数以外のプロセス生成方法
• プロセスの状態
• プロセスの終了
• ゾンビプロセスと孤児プロセス
• シグナル
  • Column 絶対殺すSIGKILLシグナルと絶対死なないプロセス
• シェルのジョブ管理の実現
  • セッション
  • プロセスグループ
• デーモン

第3章　プロセススケジューラ

• 前提知識：経過時間と使用時間
• 1つの論理CPUだけを使う場合
• 複数の論理CPUを使う場合
• realよりもuser+sysが大きくなるケース
• タイムスライス
  • Column タイムスライスの仕組み
• コンテキストスイッチ
• 性能について
• プログラムの並列実行の重要性

第4章　メモリ管理システム

• メモリ関連情報の取得
  • used
  • buff/cache
  • sarコマンドによるメモリ関連情報の取得
• メモリの回収処理
  • プロセスの削除によるメモリの強制回収
• 仮想記憶
  • 仮想記憶がない時の課題
  • 仮想記憶の機能
  • 仮想記憶による課題の解決
• プロセスへの新規メモリの割り当て
  • メモリ領域の割り当て：mmap()システムコール
  • Column Meltdown脆弱性の恐怖
  • メモリの割り当て：デマンドページング
  • Column プログラミング言語処理系のメモリ管理
• ページテーブルの階層化
  • ヒュージページ
  • トランスペアレントヒュージページ

第5章　プロセス管理（応用編）

• プロセス作成処理の高速化
  • fork()関数の高速化：コピーオンライト
  • execve()関数の高速化：デマンドページング再び
• プロセス間通信
  • 共有メモリ
  • シグナル
  • パイプ
  • ソケット
• 排他制御
• 排他制御の堂々巡り
• マルチプロセスとマルチスレッド
  • Column カーネルスレッドとユーザスレッド

第6章　デバイスアクセス

• デバイスファイル
  • キャラクタデバイス
  • ブロックデバイス
  • Column ループデバイス
• デバイスドライバ
  • メモリマップトI/O（MMIO）
  • ポーリング
  • 割り込み
  • Column あえてポーリングを使う場合
• デバイスファイル名は変わりうる

第7章　ファイルシステム

• ファイルへのアクセス方法
• メモリマップトファイル
• 一般的なファイルシステム
• 容量制限（クォータ）
• ファイルシステムの整合性保持
  • ジャーナリングによる不整合の防止
  • コピーオンライトによる不整合の防止
  • 一にも二にもバックアップ
• Btrfsが提供するファイルシステムの高度な機能
  • スナップショット
  • マルチボリューム
  • Column 結局どのファイルシステムを使えばいいのか
• データ破壊の検知/修復
• その他のファイルシステム
  • メモリベースのファイルシステム
  • ネットワークファイルシステム
  • procfs
  • sysfs

第8章　記憶階層

• キャッシュメモリ
  • 参照の局所性
  • 階層型キャッシュメモリ
  • キャッシュメモリへのアクセス速度の計測
• Simultaneous Multi Threading（SMT）
  • Column Translation Lookaside Buffer
• ページキャッシュ
  • ページキャッシュの効果
• バッファキャッシュ
• 書き込みのタイミング
• direct I/O
• スワップ
• 統計情報

第9章　ブロック層

• HDDの特徴
• ブロック層の基本機能
• ブロックデバイスの性能指標と測定方法
  • 1プロセスだけがI/O発行する場合
  • 複数プロセスが並列にI/O発行する場合
  • Column 推測するな、測定せよ
  • 性能測定ツール：fio
• ブロック層がHDDの性能に与える影響
  • パターンAの測定結果
  • パターンBの測定結果
  • Column 何のための性能測定
  • 技術革新に伴うブロック層の変化
• ブロック層がNVMe SSDの性能に与える影響
  • パターンAの測定結果
  • パターンBの測定結果
  • Column 現実世界の性能測定

第10章　仮想化機能

• 仮想化機能とは何か
• 仮想化ソフトウェア
• 本章で使う仮想化ソフトウェア
  • Column Nested Virtualization
• 仮想化を支援するCPUの機能
  • QEMU＋KVMの場合
  • Column CPUによる仮想化機能が存在しない場合の仮想化
• 仮想マシンは、ホストOSからどう見えているか？
  • ホストOSから見たゲストOS
  • 複数マシンを立ち上げた場合
  • Column IaaSにおけるオートスケールの仕組み
• 仮想化環境のプロセススケジューリング
  • 物理マシン上でプロセスが動いている場合
  • 統計情報
• 仮想マシンとメモリ管理
  • 仮想マシンが使うメモリ
• 仮想マシンとストレージデバイス
  • 仮想マシンにおけるストレージI/O
  • ストレージデバイスへの書き込みとページキャッシュ
  • 準仮想化デバイスとvirtio-blk
  • Column ホストOSとゲストOSでストレージI/O性能が逆転？
• virtio-blkの仕組み
• Column PCIパススルー

第11章　コンテナ

• 仮想マシンとの違い
• コンテナの種類
• namespace
  • pid namespace
  • コンテナの正体
• セキュリティリスク

第12章　cgroup

• cgroupが制御できるリソース
• 使用例：CPU使用時間の制御
  • Column cgroup機能のLinuxカーネルへの取り込み経緯
• 応用例
  • Column cgroup v2

終章 本書で学んだことと今後への生かし方