国内大部分的开发者和公司都从事的是应用层的开发，平时大家更多关注的是应用层的开发技术。但应用层是建立在CPU和内存等硬件、操作系统内核、语言运行时的基础之上的。如果缺乏对这些底层知识的理解，驾驭技术的能力就无法精进，也很难开发出高性能、高稳定性的应用。 本书主要包括CPU和内存硬件、进程创建和调度原理、虚拟内存底层机制、Go 用户态协程实现、容器cgroup资源限制，以及throttle、CPU利用率和负载等性能指标统计原理等内容，最后过渡到性能优化手段，带领大家修炼底层内功，掌握高性能原理。

张彦飞，2010年硕士毕业于西北大学计算机学院，有十多年的大型互联网公司项目经验，目前就职于一线大厂。喜欢对技术进行深度思考，善于挖掘技术点背后的原理。他的技术公众号“开发内功修炼”一年便收到五万多读者的关注。

目 录
第1章 CPU硬件原理 / 1
1.1 CPU的生产过程 / 2
1.2 个人电脑CPU硬件简介 / 3
1.2.1 个人电脑CPU代际简介 / 4
1.2.2 个人电脑CPU内部架构 / 6
1.3 服务器CPU硬件简介 / 7
1.3.1 服务器CPU代际简介 / 8
1.3.2 服务器CPU内部架构 / 9
1.3.3 服务器CPU片内总线 / 10
1.3.4 服务器CPU片间互联 / 12
1.4 CPU核原理 / 15
1.4.1 CPU核内部结构 / 15
1.4.2 CPU的工作频率 / 19
1.4.3 物理核与逻辑核 / 20
1.4.4 CPU的L1/L2/L3缓存查看 / 22
1.4.5 CPU的TLB缓存查看 / 25
1.5 本章总结 / 28

第2章 内存硬件原理 / 30
2.1 CPU对内存的硬件支持 / 31
2.1.1 CPU的内存控制器 / 31
2.1.2 CPU支持的内存代际 / 32
2.1.3 CPU支持的内存模块规格 / 34
2.1.4 服务器CPU支持的ECC内存 / 36
2.2 内存硬件内部结构 / 44
2.2.1 内存的Rank与位宽 / 45
2.2.2 内存Chip内部构成 / 45
2.2.3 服务器内存颗粒构成 / 47
2.3 内存IO原理 / 48
2.3.1 内存延迟 / 48
2.3.2 内存IO过程 / 49
2.3.3 内存Burst IO / 51
2.4 存储性能测试 / 52
2.4.1 延时测试 / 52
2.4.2 带宽测试 / 55
2.5 本章总结 / 57

第3章 进程、线程的对比 / 58
3.1 进程、线程定义 / 59
3.1.1 进程、线程状态 / 61
3.1.2 进程ID与线程ID / 62
3.1.3 进程树关系 / 63
3.1.4 进程调度优先级 / 63
3.1.5 进程地址空间 / 64
3.1.6 进程文件系统信息（当前目录等） / 65
3.1.7 进程打开的文件信息 / 66
3.1.8 命名空间 / 67
3.2 进程的创建 / 69
3.2.1 Nginx使用fork创建worker / 69
3.2.2 fork系统调用原理 / 70
3.2.3 本节小结 / 84
3.3 线程的创建 / 85
3.3.1 线程与进程创建的异同 / 87
3.3.2 fork创建线程的详细过程 / 88
3.4 进程与线程的异同汇总 / 93
3.5 本章总结 / 94

第4章 进程加载启动原理 / 96
4.1 可执行文件格式 / 97
4.1.1 ELF文件头 / 98
4.1.2 Program Header Table / 100
4.1.3 Section Header Table / 102
4.1.4 各种Section / 103
4.1.5 入口进一步查看 / 104
4.2 shell启动用户进程 / 106
4.3 Linux的可执行文件加载器 / 108
4.4 execve加载用户程序 / 110
4.4.1 alloc_bprm初始化linux_binprm对象 / 112
4.4.2 bprm_execve执行加载 / 114
4.5 ELF文件加载过程 / 115
4.5.1 读取ELF文件头 / 116
4.5.2 读取Program Header / 117
4.5.3 清空父进程继承来的资源 / 118
4.5.4 执行Segment加载 / 120
4.5.5 数据内存申请和堆初始化 / 122
4.5.6 跳转到程序入口执行 / 123
4.6 本章总结 / 125

第5章 系统物理内存初始化 / 127
5.1 固件介绍 / 128
5.2 物理内存安装检测 / 129
5.3 初期memblock内存分配器 / 133
5.3.1 memblock内存分配器的创建 / 133
5.3.2 向memblock分配器申请内存 / 136
5.4 NUMA信息感知 / 139
5.4.1 非一致性内存访问原因 / 139
5.4.2 Linux获取NUMA信息 / 140
5.5 物理页管理之伙伴系统 / 143
5.5.1 伙伴系统相关数据结构 / 143
5.5.2 伙伴系统管理空闲页面 / 145
5.5.3 memblock向伙伴系统交接物理内存 / 148
5.6 本章总结 / 149

第6章 进程如何使用内存 / 153
6.1 虚拟内存和物理页 / 154
6.1.1 虚拟地址空间 / 154
6.1.2 缺页中断 / 157
6.2 虚拟内存使用方式 / 162
6.2.1 进程启动时对虚拟内存的使用 / 162
6.2.2 mmap / 166
6.2.3 sbrk和brk / 168
6.3 进程栈内存的使用 / 170
6.3.1 进程栈的初始化 / 170
6.3.2 栈的自动增长 / 172
6.3.3 进程栈总结 / 176
6.4 线程栈是如何使用内存的 / 176
6.4.1 glibc线程对象 / 178
6.4.2 确定栈空间大小 / 178
6.4.3 申请用户栈 / 180
6.4.4 创建线程 / 182
6.4.5 线程栈小结 / 183
6.5 进程堆内存管理 / 183
6.5.1 ptmalloc内存分配器定义 / 184
6.5.2 malloc内存分配过程 / 190
6.6 本章总结 / 192

第7章 进程调度器 / 196
7.1 Linux进程调度发展简史 / 197
7.1.1 O(n)调度发展过程 / 197
7.1.2 Linux 2.5 O(1)调度器 / 201
7.1.3 完全公平调度器诞生 / 205
7.2 Linux调度器定义 / 205
7.2.1 实时调度器 / 208
7.2.2 完全公平调度器 / 209
7.3 进程的任务队列选择 / 211
7.3.1 新进程创建时加入 / 212
7.3.2 老进程唤醒时加入 / 220
7.4 调度时机 / 221
7.4.1 调度节拍 / 221
7.4.2 真正的调度 / 232
7.5 任务切换开销实测 / 234
7.5.1 进程切换开销 / 235
7.5.2 线程切换开销 / 237
7.6 Linux调度器相关命令 / 238
7.6.1 调度策略 / 238
7.6.2 nice值设置 / 239
7.6.3 taskset命令 / 241
7.7 本章总结 / 242

第8章 性能统计原理 / 246
8.1 负载 / 247
8.1.1 理解负载查看过程 / 247
8.1.2 内核负载计算过程 / 249
8.1.3 平均负载和CPU消耗的关系 / 254
8.1.4 负载计算整体流程 / 256
8.2 CPU利用率 / 256
8.2.1 方案思考 / 257
8.2.2 top命令使用的数据在哪里 / 259
8.2.3 统计数据是怎么来的 / 262
8.2.4 CPU利用率统计流程 / 266
8.3 指令统计 / 268
8.4 本章总结 / 270

第9章 用户态协程 / 274
9.1 Go的GMP原理 / 275
9.1.1 Go中的线程 / 276
9.1.2 Go中的协程 / 277
9.1.3 Go中的虚拟处理器 / 278
9.2 Go程序启动过程 / 280
9.2.1 寻找执行入口 / 281
9.2.2 执行入口分析 / 282
9.2.3 main函数真正运行 / 290
9.3 协程的栈内存 / 292
9.3.1 回忆进程栈和glibc 线程栈 / 292
9.3.2 Go的线程栈与协程栈 / 293
9.3.3 Go协程栈的扩张 / 296
9.4 使用协程封装epoll / 299
9.4.1 Go net包使用方式 / 300
9.4.2 Listen底层过程 / 301
9.4.3 Accept过程 / 305
9.4.4 Read和Write内部过程 / 310
9.4.5 Go唤醒协程 / 312
9.5 协程切换性能测试 / 314
9.6 本章总结 / 316

第10章 容器化技术 / 318
10.1 容器发展过程 / 319
10.1.1 虚拟机时代 / 319
10.1.2 容器化技术 / 320
10.2 PID命名空间 / 326
10.2.1 默认命名空间 / 327
10.2.2 新PID命名空间创建 / 330
10.2.3 在命名空间中申请pid / 334
10.2.4 容器进程pid查看 / 337
10.3 本章总结 / 339

第11章 容器的CPU资源限制 / 340
11.1 CPU cgroup的创建原理 / 341
11.1.1 使用cgroupfs创建cgroup / 341
11.1.2 内核中cgroup的相关定义 / 344
11.1.3 创建cgroup对象原理 / 349
11.1.4 将进程PID写进cgroup / 351
11.2 容器CPU权重分配实现 / 354
11.2.1 容器CPU权重设置 / 354
11.2.2 容器CPU权重分配实现 / 355
11.3 容器CPU限制分配实现 / 358
11.3.1 设置CPU限制 / 358
11.3.2 设置CPU限制底层原理 / 360
11.3.3 进程CPU带宽控制过程 / 362
11.3.4 进程的可运行时间的分配 / 368
11.3.5 容器CPU性能 / 372
11.4 K8s中的limits与requests / 375
11.5 容器中的CPU利用率 / 377
11.5.1 获取容器CPU利用率的思路 / 377
11.5.2 cgroup v1 CPU 利用率统计原理 / 381
11.5.3 cgroup v2 CPU利用率统计原理 / 385
11.6 本章总结 / 391

第12章 容器的内存资源限制 / 394
12.1 内存cgroup的创建原理 / 395
12.1.1 内存cgroup定义 / 395
12.1.2 创建内存cgroup / 395
12.1.3 内存cgroup中的接口文件 / 397
12.2 设置内存cgroup内存限制 / 397
12.3 容器物理内存的分配 / 399
12.3.1 记账过程 / 401
12.3.2 容器内存超出限制时的处理 / 402
12.3.3 详细记账 / 402
12.4 容器内存用量查看 / 403
12.4.1 总开销观察 / 403
12.4.2 详细开销观察 / 404
12.5 动手模拟容器内存限制实验 / 405
12.6 本章总结 / 409

第13章 调用原理及性能 / 411
13.1 函数调用 / 412
13.1.1 C语言函数工作原理 / 412
13.1.2 Go语言函数工作原理 / 414
13.1.3 函数开销实测 / 415
13.2 系统调用 / 416
13.2.1 系统调用内部原理 / 417
13.2.2 系统调用性能实测 / 418
13.3 RPC调用 / 420
13.4 本章总结 / 423

第14章 性能观测技术原理 / 424
14.1 性能观测技术概览 / 425
14.2 内核伪文件系统 / 429
14.2.1 procfs / 429
14.2.2 sysfs / 431
14.3 硬件和软件事件 / 431
14.3.1 硬件事件 / 431
14.3.2 软件事件 / 438
14.4 火焰图原理 / 442
14.4.1 perf采样原理 / 444
14.4.2 FlameGraph工作过程 / 446
14.5 内核跟踪技术原理 / 448
14.5.1 静态跟踪 / 448
14.5.2 kprobes动态跟踪 / 455
14.6 观测工具介绍 / 459
14.6.1 perf工具介绍 / 459
14.6.2 Kubernetes统计上报 / 467
14.7 本章总结 / 468

第15章 CPU性能观测方法 / 469
15.1 CPU利用率 / 470
15.2 热点火焰图 / 479
15.3 系统调用 / 480
15.4 调度器运行观测 / 481
15.4.1 负载 / 482
15.4.2 任务上下文切换次数 / 483
15.4.3 任务迁移次数 / 486
15.4.4 调度器延迟 / 486
15.5 虚拟内存开销 / 487
15.6 网络协议栈开销 / 488
15.7 硬件指令运行效率 / 493
15.7.1 CPI和IPC / 494
15.7.2 Cache Miss / 496
15.8 本章总结 / 498

第16章 程序CPU性能优化 / 500
16.1 应用层优化 / 501
16.1.1 热点函数查找 / 501
16.1.2 减少不必要的业务逻辑处理 / 502
16.1.3 算法优化 / 502
16.1.4 反微服务 / 504
16.1.5 内存对齐 / 506
16.1.6 缓存友好性的代码 / 507
16.2 编程语言及框架优化 / 509
16.2.1 编程语言性能差异 / 509
16.2.2 网络IO编程模型 / 510
16.2.3 内存分配器 / 511
16.3 内核调优 / 513
16.3.1 减少系统调用 / 513
16.3.2 虚拟内存优化 / 513
16.3.3 调度器优化 / 514
16.3.4 网络协议栈优化 / 520
16.4 基础设施优化 / 522
16.4.1 CPU硬件提升 / 522
16.4.2 开启睿频 / 523
16.4.3 关闭超线程 / 524
16.4.4 硬件卸载 / 524
16.4.5 容器云部署 / 524
16.5 性能优化案例 / 525
16.5.1 内核中的likely和unlikely / 525
16.5.2 PHP7内存性能优化 / 527
16.5.3 新闻种子快速匹配 / 530
16.5.4 网址安全服务性能提升 / 531
16.5.5 CloudFlare接入层性能提升 / 533
16.6 本章总结 / 534