BPF之巅：洞悉Linux系统和应用性能

作者: [美] Brendan Gregg(布兰登.格雷格

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2020-11

版次: 1

ISBN: 9787121399725

定价: 199.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 856页

字数: 1139千字

分类: 计算机与互联网

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74人买过

基于BPF的性能优化工具提供了前所未有的系统级和应用程序级的观察能力，使用这些工具可以优化性能、调试代码、增强安全性、降低成本。本书是使用这些观察工具的全面指南。本书作为全面介绍 BPF 技术的图书，从 BPF 技术的起源到未来发展方向都有涵盖，不仅全面介绍了 BPF 的编程模型，还完整介绍了两个主要的 BPF 前端编程框架 — BCC 和 bpftrace，更给出了一系列实现范例，全面展示了 BPF技术的实际能力和未来发展前景，以及使用BPF工具优化性能、修复问题、探索线上系统的内部情况。
  本书的另一个关注方向是 Linux 系统性能和应用程序性能的调优。本书全面介绍了系统性能调优的策略、工具与实践案例，不仅介绍了对应的 BPF 工具，还着重介绍了这些工具如何与 Linux 传统性能工具进行互补，这样读者可以有选择地进行使用。
  本书介绍的工具小巧精致，且包含了简单易读的源代码，这就是 BPF 技术的魅力所在：安全、高效、快捷的系统扩展力。未来 BPF 技术在 Linux 中的应用场景会越来越多，越来越重要。希望本书能在大家学习这项技术并关注它的发展时提供一定的便利。本书是系统管理员、应用程序开发者、运维人员，以及其他IT从业者在企业内部或云上使用各种Linux发行版时都可参考的资料。 Brendan Gregg（布兰登 · 格雷格），Netflix 高级性能工程师。Brendan Gregg 是 BPF（eBPF）的主要贡献者，他帮助开发和维护了两个主要的 BPF 前端框架，开创了 BPF 用于可观测性的先河，并创建了数十种基于 BPF 的性能分析工具。他编著的畅销书有《性能之巅：洞悉系统、企业与云计算》。

译者介绍

孙宇聪：现任 Facebook 运维工程师经理，曾在谷歌工作多年，任谷歌高级SRE（Senior Site Reliblity Engineer），Coding.net 前技术负责人，译有《SRE：Google运维解密》《架构整洁之道》等经典畅销技术图书。

吕宏利，资深SRE，现任职于谷歌基础架构部。之前曾负责谷歌搜索广告和内容广告系统运维工作，有多年分布式系统研发与运维经验。对运维工具平台建设、监控、应用性能跟踪及分析、数据化运维等方面有深入的研究。

刘晓舟，毕业于北京大学计算机系，现供职于字节跳动公司系统部，任系统架构师。他在字节跳动主持构建了基于 eBPF 的大规模性能分析和网络监控诊断平台，闲暇时间也在相关开源社区提交代码。在加入字节跳动之前，他有 10 年国家部委电子政务和大数据研究经历。第1章引言1

1.1 BPF和eBPF是什么 1

1.2 跟踪、嗅探、采样、剖析和可观测性分别是什么  2

1.3 BCC、bpftrace和IO Visor  3

1.4 初识BCC：快速上手  4

1.5 BPF跟踪的能见度  7

1.6 动态插桩：kprobes和uprobes 8

1.7 静态插桩：tracepoint和USDT  9

1.8 初识bpftrace：跟踪open()  10

1.9 再回到BCC：跟踪open()  13

1.10 小结  15

第2章技术背景16

2.1 图释BPF 16

2.2 BPF  17

2.3 扩展版BPF  18

2.4 调用栈回溯  41

2.5 火焰图 44

2.6 事件源 48

2.7 kprobes  49

2.8 uprobes  53

2.9 跟踪点 57

2.10 USDT  62

2.11 动态USDT  66

2.12 性能监控计数器 68

2.13 perf_events 69

2.14 小结  70

第3章性能分析71

3.1 概览  71

3.2 性能分析方法论  73

3.3 Linux 60秒分析 77

3.4 BCC工具检查清单  84

3.5 小结  90

第4章 BCC91

4.1 BCC的组件  92

4.2 BCC的特性  92

4.3 安装BCC  94

4.4 BCC的工具  96

4.5 funccount 100

4.6 stackcount  105

4.7 trace  110

4.8 argdist  117

4.9 工具文档 121

4.10 开发BCC工具  126

4.11 BCC的内部实现  127

4.12 BCC的调试 128

4.13 小结 136

第5章 bpftrace137

5.1 bpftrace的组件 138

5.2 bpftrace的特性 139

5.3 bpftrace的安装 141

5.4 bpftrace工具  143

5.5 bpftrace单行程序  145

5.6 bpftrace的文档 146

5.7 bpftrace编程  146

5.8 bpftrace的帮助信息  155

5.9 bpftrace的探针类型  157

5.10 bpftrace的控制流 163

5.11 bpftrace的运算符 164

5.12 bpftrace的变量  165

5.13 bpftrace的函数  170

5.14 bpftrace映射表的操作函数  177

5.15 bpftrace的下一步工作  183

5.16 bpftrace的内部运作  185

5.17 bpftrace的调试  186

5.18 小结 190

第6章 CPU.191

6.1 背景知识 192

6.2 传统工具 197

6.3 BPF工具  210

6.4 BPF单行程序  251

6.5 可选练习 253

6.6 小结  254

第7章内存.255

7.1 背景知识 256

7.2 传统工具 263

7.3 BPF工具  269

7.4 BPF单行程序  288

7.5 可选练习 289

7.6 小结  290

第8章文件系统291

8.1 背景知识 292

8.2 传统工具 296

8.3 BPF工具  302

8.4 BPF单行程序  353

8.5 可选练习 359

8.6 小结  360

第9章磁盘I/O361

9.1 背景知识 362

9.2 传统工具 367

9.3 BPF工具  372

9.4 BPF单行程序  406

9.5 可选练习 409

9.6 小结  410

第10章网络411

10.1 背景知识  412

10.2 传统工具  422

10.3 BPF工具  433

10.4 BPF单行程序 507

10.5 可选练习  513

10.6 小结 515

第11章安全516

11.1 背景知识  516

11.2 BPF工具  523

11.3 BPF单行程序 542

11.4 小结 544

第12章编程语言.545

12.1 背景知识  545

12.2 C  551

12.3 Java  560

12.4 bash shell  601

12.5 其他语言  614

12.6 小结 619

第13章应用程序.620

13.1 背景知识  621

13.2 BPF工具  625

13.3 BPF单行程序 662

13.4 BPF单行程序示范  664

13.5 小结 664

第14章内核665

14.1 背景知识  666

14.2 分析策略  669

14.3 传统工具  670

14.4 BPF工具  675

14.5 BPF单行程序 697

14.6 BPF单行程序示范  699

14.7 挑战 700

14.8 小结 700

第15章容器701

15.1 背景知识  701

15.1.1 BPF 的分析能力 703

15.1.2 挑战  703

15.1.3 分析策略 706

15.2 传统工具  706

15.2.1 从主机上分析  706

15.2.2 在容器内分析  707

15.2.3 systemd-cgtop  707

15.2.4 kubectl top  708

15.2.5 docker stats 708

15.2.6 /sys/fs/cgroups  709

15.2.7 perf 709

15.3 BPF工具  710

15.4 BPF单行程序 717

15.5 可选练习  717

15.6 小结 718

第16章虚拟机管理器719

16.1 背景知识  719

16.2 传统工具  722

16.3 访客系统的BPF工具 723

16.4 宿主机BPF工具  732

16.5 小结 737

第17章其他BPF性能工具738

17.1 Vector和Performance Co-Pilot（PCP） 738

17.2 Grafana和Performance Co-Pilot  747

17.3 Cloudflare eBPF Prometheus Exporter（配合Grafana）  750

17.4 kubectl-trace  752

17.5 其他工具  755

17.6 小结 755

第18章建议、技巧和常见问题. 756

18.1 典型事件的频率和额外开销  756

18.2 以49Hz或99Hz为采样频率  760

18.3 黄猪和灰鼠 760

18.4 开发目标软件  762

18.5 学习系统调用  763

18.6 保持简单  764

18.7 事件缺失  764

18.8 调用栈缺失 766

18.9 打印时符号缺失（函数名称）  767

18.10 跟踪时函数缺失  768

18.11 反馈回路  769

18.12 被丢掉的事件 769

附录A bpftrace单行程序770

附录B bpftrace备忘单775

附录C BCC工具的开发778

附录D C.BPF. 793

附录E BPF指令812
内容简介:
基于BPF的性能优化工具提供了前所未有的系统级和应用程序级的观察能力，使用这些工具可以优化性能、调试代码、增强安全性、降低成本。本书是使用这些观察工具的全面指南。本书作为全面介绍 BPF 技术的图书，从 BPF 技术的起源到未来发展方向都有涵盖，不仅全面介绍了 BPF 的编程模型，还完整介绍了两个主要的 BPF 前端编程框架 — BCC 和 bpftrace，更给出了一系列实现范例，全面展示了 BPF技术的实际能力和未来发展前景，以及使用BPF工具优化性能、修复问题、探索线上系统的内部情况。
本书的另一个关注方向是 Linux 系统性能和应用程序性能的调优。本书全面介绍了系统性能调优的策略、工具与实践案例，不仅介绍了对应的 BPF 工具，还着重介绍了这些工具如何与 Linux 传统性能工具进行互补，这样读者可以有选择地进行使用。
本书介绍的工具小巧精致，且包含了简单易读的源代码，这就是 BPF 技术的魅力所在：安全、高效、快捷的系统扩展力。未来 BPF 技术在 Linux 中的应用场景会越来越多，越来越重要。希望本书能在大家学习这项技术并关注它的发展时提供一定的便利。本书是系统管理员、应用程序开发者、运维人员，以及其他IT从业者在企业内部或云上使用各种Linux发行版时都可参考的资料。
作者简介:
Brendan Gregg（布兰登 · 格雷格），Netflix 高级性能工程师。Brendan Gregg 是 BPF（eBPF）的主要贡献者，他帮助开发和维护了两个主要的 BPF 前端框架，开创了 BPF 用于可观测性的先河，并创建了数十种基于 BPF 的性能分析工具。他编著的畅销书有《性能之巅：洞悉系统、企业与云计算》。

译者介绍

孙宇聪：现任 Facebook 运维工程师经理，曾在谷歌工作多年，任谷歌高级SRE（Senior Site Reliblity Engineer），Coding.net 前技术负责人，译有《SRE：Google运维解密》《架构整洁之道》等经典畅销技术图书。

吕宏利，资深SRE，现任职于谷歌基础架构部。之前曾负责谷歌搜索广告和内容广告系统运维工作，有多年分布式系统研发与运维经验。对运维工具平台建设、监控、应用性能跟踪及分析、数据化运维等方面有深入的研究。

刘晓舟，毕业于北京大学计算机系，现供职于字节跳动公司系统部，任系统架构师。他在字节跳动主持构建了基于 eBPF 的大规模性能分析和网络监控诊断平台，闲暇时间也在相关开源社区提交代码。在加入字节跳动之前，他有 10 年国家部委电子政务和大数据研究经历。
目录:
第1章引言1

1.1 BPF和eBPF是什么 1

1.2 跟踪、嗅探、采样、剖析和可观测性分别是什么  2

1.3 BCC、bpftrace和IO Visor  3

1.4 初识BCC：快速上手  4

1.5 BPF跟踪的能见度  7

1.6 动态插桩：kprobes和uprobes 8

1.7 静态插桩：tracepoint和USDT  9

1.8 初识bpftrace：跟踪open()  10

1.9 再回到BCC：跟踪open()  13

1.10 小结  15

第2章技术背景16

2.1 图释BPF 16

2.2 BPF  17

2.3 扩展版BPF  18

2.4 调用栈回溯  41

2.5 火焰图 44

2.6 事件源 48

2.7 kprobes  49

2.8 uprobes  53

2.9 跟踪点 57

2.10 USDT  62

2.11 动态USDT  66

2.12 性能监控计数器 68

2.13 perf_events 69

2.14 小结  70

第3章性能分析71

3.1 概览  71

3.2 性能分析方法论  73

3.3 Linux 60秒分析 77

3.4 BCC工具检查清单  84

3.5 小结  90

第4章 BCC91

4.1 BCC的组件  92

4.2 BCC的特性  92

4.3 安装BCC  94

4.4 BCC的工具  96

4.5 funccount 100

4.6 stackcount  105

4.7 trace  110

4.8 argdist  117

4.9 工具文档 121

4.10 开发BCC工具  126

4.11 BCC的内部实现  127

4.12 BCC的调试 128

4.13 小结 136

第5章 bpftrace137

5.1 bpftrace的组件 138

5.2 bpftrace的特性 139

5.3 bpftrace的安装 141

5.4 bpftrace工具  143

5.5 bpftrace单行程序  145

5.6 bpftrace的文档 146

5.7 bpftrace编程  146

5.8 bpftrace的帮助信息  155

5.9 bpftrace的探针类型  157

5.10 bpftrace的控制流 163

5.11 bpftrace的运算符 164

5.12 bpftrace的变量  165

5.13 bpftrace的函数  170

5.14 bpftrace映射表的操作函数  177

5.15 bpftrace的下一步工作  183

5.16 bpftrace的内部运作  185

5.17 bpftrace的调试  186

5.18 小结 190

第6章 CPU.191

6.1 背景知识 192

6.2 传统工具 197

6.3 BPF工具  210

6.4 BPF单行程序  251

6.5 可选练习 253

6.6 小结  254

第7章内存.255

7.1 背景知识 256

7.2 传统工具 263

7.3 BPF工具  269

7.4 BPF单行程序  288

7.5 可选练习 289

7.6 小结  290

第8章文件系统291

8.1 背景知识 292

8.2 传统工具 296

8.3 BPF工具  302

8.4 BPF单行程序  353

8.5 可选练习 359

8.6 小结  360

第9章磁盘I/O361

9.1 背景知识 362

9.2 传统工具 367

9.3 BPF工具  372

9.4 BPF单行程序  406

9.5 可选练习 409

9.6 小结  410

第10章网络411

10.1 背景知识  412

10.2 传统工具  422

10.3 BPF工具  433

10.4 BPF单行程序 507

10.5 可选练习  513

10.6 小结 515

第11章安全516

11.1 背景知识  516

11.2 BPF工具  523

11.3 BPF单行程序 542

11.4 小结 544

第12章编程语言.545

12.1 背景知识  545

12.2 C  551

12.3 Java  560

12.4 bash shell  601

12.5 其他语言  614

12.6 小结 619

第13章应用程序.620

13.1 背景知识  621

13.2 BPF工具  625

13.3 BPF单行程序 662

13.4 BPF单行程序示范  664

13.5 小结 664

第14章内核665

14.1 背景知识  666

14.2 分析策略  669

14.3 传统工具  670

14.4 BPF工具  675

14.5 BPF单行程序 697

14.6 BPF单行程序示范  699

14.7 挑战 700

14.8 小结 700

第15章容器701

15.1 背景知识  701

15.1.1 BPF 的分析能力 703

15.1.2 挑战  703

15.1.3 分析策略 706

15.2 传统工具  706

15.2.1 从主机上分析  706

15.2.2 在容器内分析  707

15.2.3 systemd-cgtop  707

15.2.4 kubectl top  708

15.2.5 docker stats 708

15.2.6 /sys/fs/cgroups  709

15.2.7 perf 709

15.3 BPF工具  710

15.4 BPF单行程序 717

15.5 可选练习  717

15.6 小结 718

第16章虚拟机管理器719

16.1 背景知识  719

16.2 传统工具  722

16.3 访客系统的BPF工具 723

16.4 宿主机BPF工具  732

16.5 小结 737

第17章其他BPF性能工具738

17.1 Vector和Performance Co-Pilot（PCP） 738

17.2 Grafana和Performance Co-Pilot  747

17.3 Cloudflare eBPF Prometheus Exporter（配合Grafana）  750

17.4 kubectl-trace  752

17.5 其他工具  755

17.6 小结 755

第18章建议、技巧和常见问题. 756

18.1 典型事件的频率和额外开销  756

18.2 以49Hz或99Hz为采样频率  760

18.3 黄猪和灰鼠 760

18.4 开发目标软件  762

18.5 学习系统调用  763

18.6 保持简单  764

18.7 事件缺失  764

18.8 调用栈缺失 766

18.9 打印时符号缺失（函数名称）  767

18.10 跟踪时函数缺失  768

18.11 反馈回路  769

18.12 被丢掉的事件 769

附录A bpftrace单行程序770

附录B bpftrace备忘单775

附录C BCC工具的开发778

附录D C.BPF. 793

附录E BPF指令812

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