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编辑推荐：本书给出了大量实例，从而让你理解并掌握解决问题的方法。全书包括六个部分。第一部分讲述TCP/IP的一些基础知识。和疆部分主要介绍TCP/IP的一些主要组件，如：FTP，DHCP，DNS和SNMP。第三部分通过讲述网络的设计和规划来学习TCP/IP。第四部分讲如何成功移植你的网络，包括建立文档、制定计划和实施计划的每个步骤。第五部分主要讲述代理服务器IPv6，可以使你对它们有较深入的了解。
深入理解现代操作系统底层：从内核到应用的实践指南 本书旨在为系统程序员、网络工程师和高级系统管理员提供一本全面、深入的参考手册，聚焦于现代操作系统内核中网络协议栈的实现原理、性能调优和故障诊断。内容侧重于在不涉及具体应用层配置（如TCP/IP的高效配置方法）的前提下，剖析操作系统如何管理网络资源和处理数据包的底层机制。 第一部分：操作系统内核网络架构剖析 本部分将对主流操作系统（如Linux、BSD衍生系统）的网络子系统进行深度解构。我们首先从整体架构入手，详细阐述网络协议栈在内核空间中的分层设计，重点分析网络设备驱动层、数据链路层、网络层和传输层之间的接口与数据流向。 1.1 内核网络堆栈的抽象模型 套接字（Socket）接口的内核实现： 深入解析`socket()`, `bind()`, `listen()`, `accept()`, `send()`, `recv()`等系统调用的内核对应逻辑。探讨`struct sock`等核心数据结构的内存布局、生命周期管理及其与用户空间进程的映射关系。 数据结构与内存管理： 详细讲解内核如何使用特定的数据结构（如`sk_buff`在Linux中的应用）来封装和传递网络数据包。分析零拷贝技术（Zero-Copy）在内核层面的实现机制，如`sendfile()`和DMA（直接内存访问）在减少CPU干预下的数据传输路径优化。 中断处理与软中断/任务队列机制： 阐述硬件网络接口卡（NIC）产生的中断如何被操作系统捕获，并区分硬中断（Hard IRQ）和软中断（SoftIRQ）或任务队列（Tasklets）的职责划分。深入分析中断处理程序的优先级、耗时限制及其对系统延迟的影响。 1.2 传输层协议的内核实现细节 本章聚焦于TCP和UDP在操作系统内核中的核心算法实现，而非应用层侧的参数调整。 TCP连接状态机的内核映射： 详细追踪TCP的三次握手、四次挥手在内核状态机中的具体流程和触发条件。分析内核如何管理连接队列（如SYN Queue和Established Queue）以及处理半开连接（Half-Open Connections）。 拥塞控制算法的内核实现： 不涉及外部配置，仅分析主流内核（如Linux的CUBIC, BBR）内部实现的核心逻辑。探讨内核如何通过RTT测量、窗口计算（CWND/SSCWND）来动态调整发送速率。剖析拥塞窗口变化的内部触发条件和数据结构更新过程。 可靠性机制的内核处理： 深度解析定时器管理（Retransmission Timers）、快速重传（Fast Retransmit）和快速恢复（Fast Recovery）在内核代码中的实现路径。分析快速重传触发的条件和对接收窗口（RWND）的动态调整。 第二部分：网络数据包在内核中的生命周期 本部分将跟踪一个数据包从进入硬件接口到最终交付给用户空间应用程序的全过程，侧重于内核内部的数据流和处理逻辑。 2.1 数据包的接收路径（Ingress Path） NIC中断到`sk_buff`的创建： 描述中断服务程序（ISR）如何调用驱动层代码，将硬件接收到的原始数据转换为内核可识别的`sk_buff`结构。 协议解析与分发： 详述内核如何自底向上剥离数据链路层、网络层（IPv4/IPv6）头部。重点分析路由查找的内核实现机制——如何使用路由表（Routing Tables）查找到达目的地的下一跳接口，以及涉及的缓存机制（如邻居缓存）。 传输层交付： 在TCP/UDP层，分析内核如何匹配数据包到正确的套接字队列。探讨端口查找、校验和验证以及如何将数据包放入接收缓冲区（Receive Buffer），并唤醒等待读取的进程。 2.2 数据包的发送路径（Egress Path） 用户空间到内核空间的拷贝与封装： 分析`send()`系统调用后，数据在用户空间和内核空间之间的传输机制。重点分析零拷贝技术的介入点。 内核内部的协议处理： 描述数据包在发送路径上如何附加IP头部、TCP头部（包括序列号、确认号的生成）。分析内核如何将数据包放入发送队列（Send Queue）。 拥塞控制与流量整形： 阐述数据包在被发送出去之前，必须经过拥塞控制模块的检查。分析发送窗口的限制如何阻止数据包过早离开内核，以及调度器在发送过程中的作用。 第三部分：内核网络性能诊断与底层调试技术 本部分提供了一套系统的、不依赖于应用层参数调整的内核级性能分析和诊断工具集。 3.1 内核调试工具与跟踪点 内核跟踪框架（如ftrace/perf）： 详细介绍如何使用这些工具在不重启系统的情况下，在内核网络路径的关键函数点设置跟踪点。通过分析跟踪输出，定位延迟瓶颈是在中断处理、协议栈处理还是上下文切换。 内核数据结构可视化： 介绍如何通过内核调试接口（如`/proc`、`/sys`中暴露的低级别信息）来查看当前内核网络状态，例如查看内核中当前的连接状态数量、缓冲区使用情况等，而非应用层工具显示的摘要信息。 3.2 延迟与抖动分析 中断延迟测量： 介绍如何量化中断处理相对于硬件触发时间的延迟，识别潜在的CPU调度或中断屏蔽问题。 软中断负载分析： 分析网络负载下软中断（特别是针对网络处理的softirq）的CPU消耗比例，这是衡量协议栈处理效率的关键指标。高软中断负载通常指向CPU核心处理能力受限或数据包速率过高。 3.3 内存与缓存效率 数据包缓存命中率分析： 从内核角度探讨`sk_buff`结构体在CPU缓存中的局部性问题，及其对网络吞吐量的影响。分析大页（Huge Pages）在网络数据处理中的应用和限制。 本书旨在提供一个坚实的技术基础，使读者能够从“为什么会慢”的宏观问题，深入到“哪个内核函数调用耗时过长”的微观层面，从而实现对操作系统网络处理能力的彻底掌控。
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