深入理解Linux网络： 修炼底层内功，掌握高性能原理
第1章 绪论 / 1
1.1 我在工作中的困惑 / 2
1.1.1 过多的TIME_WAIT / 2
1.1.2 长连接开销 / 2
1.1.3 CPU被消耗光了 / 3
1.1.4 为什么不同的语言网络性能差别巨大 / 4
1.1.5 访问127.0.0.1过网卡吗 / 4
1.1.6 软中断和硬中断 / 5
1.1.7 零拷贝到底是怎么回事 / 5
1.1.8 DPDK / 5
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1.1 我在工作中的困惑 / 2
1.1.1 过多的TIME_WAIT / 2
1.1.2 长连接开销 / 2
1.1.3 CPU被消耗光了 / 3
1.1.4 为什么不同的语言网络性能差别巨大 / 4
1.1.5 访问127.0.0.1过网卡吗 / 4
1.1.6 软中断和硬中断 / 5
1.1.7 零拷贝到底是怎么回事 / 5
1.1.8 DPDK / 5
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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，目前就职于腾讯。他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。
《深入理解Linux网络： 修炼底层内功，掌握高性能原理》通过先抛出一些开发、运维等技术人员在工作中经常遇见的问题，激发读者的思考。从这些问题出发，深入地对网络底层实现原理进行拆解，带领读者看清楚问题的核心，理解其背后的技术本质，提高大家的技术功力。例如网络包是如何被接收和发送的？阻塞到底在内部是如何发生的？epoll的底层工作原理又是啥？TCP连接在底层上是如何支持和实现的？书中对这些内容都有深度的阐述。本书旨在通过带领读者修炼底层内功，进而帮助大家深度掌握网络高性能原理。
第1章 绪论 / 1
1.1 我在工作中的困惑 / 2
1.1.1 过多的TIME_WAIT / 2
1.1.2 长连接开销 / 2
1.1.3 CPU被消耗光了 / 3
1.1.4 为什么不同的语言网络性能差别巨大 / 4
1.1.5 访问127.0.0.1过网卡吗 / 4
1.1.6 软中断和硬中断 / 5
1.1.7 零拷贝到底是怎么回事 / 5
1.1.8 DPDK / 5
1.2 本书内容结构 / 6
1.3 一些约定 / 7
1.4 一些术语 / 8
第2章 内核是如何接收网络包的 / 9
2.1 相关实际问题 / 10
2.2 数据是如何从网卡到协议栈的 / 11
2.2.1 Linux网络收包总览 / 12
2.2.2 Linux启动 / 13
2.2.3 迎接数据的到来 / 23
2.2.4 收包小结 / 33
2.3 本章总结 / 34
第3章 内核是如何与用户进程协作的 / 41
3.1 相关实际问题 / 42
3.2 socket的直接创建 / 43
3.3 内核和用户进程协作之阻塞方式 / 46
3.3.1 等待接收消息 / 47
3.3.2 软中断模块 / 52
3.3.3 同步阻塞总结 / 57
3.4 内核和用户进程协作之epoll / 59
3.4.1 epoll内核对象的创建 / 60
3.4.2 为epoll添加socket / 62
3.4.3 epoll_wait之等待接收 / 68
3.4.4 数据来了 / 71
3.4.5 小结 / 79
3.5 本章总结 / 80
第4章 内核是如何发送网络包的 / 84
4.1 相关实际问题 / 85
4.2 网络包发送过程总览 / 86
4.3 网卡启动准备 / 90
4.4 数据从用户进程到网卡的详细过程 / 92
4.4.1 send系统调用实现 / 92
4.4.2 传输层处理 / 94
4.4.3 网络层发送处理 / 99
4.4.4 邻居子系统 / 103
4.4.5 网络设备子系统 / 105
4.4.6 软中断调度 / 109
4.4.7 igb网卡驱动发送 / 111
4.5 RingBuffer内存回收 / 114
4.6 本章总结 / 115
第5章 深度理解本机网络IO / 119
5.1 相关实际问题 / 120
5.2 跨机网络通信过程 / 120
5.2.1 跨机数据发送 / 120
5.2.2 跨机数据接收 / 125
5.2.3 跨机网络通信汇总 / 127
5.3 本机发送过程 / 127
5.3.1 网络层路由 / 127
5.3.2 本机IP路由 / 130
5.3.3 网络设备子系统 / 131
5.3.4 “驱动”程序 / 133
5.4 本机接收过程 / 135
5.5 本章总结 / 137
第6章 深度理解TCP连接建立过程 / 139
6.1 相关实际问题 / 140
6.2 深入理解listen / 141
6.2.1 listen系统调用 / 141
6.2.2 协议栈listen / 142
6.2.3 接收队列定义 / 143
6.2.4 接收队列申请和初始化 / 145
6.2.5 半连接队列长度计算 / 146
6.2.6 listen过程小结 / 148
6.3 深入理解connect / 148
6.3.1 connect调用链展开 / 149
6.3.2 选择可用端口 / 151
6.3.3 端口被使用过怎么办 / 153
6.3.4 发起syn请求 / 155
6.3.5 connect小结 / 156
6.4 完整TCP连接建立过程 / 157
6.4.1 客户端connect / 159
6.4.2 服务端响应SYN / 160
6.4.3 客户端响应SYNACK / 162
6.4.4 服务端响应ACK / 164
6.4.5 服务端accept / 167
6.4.6 连接建立过程总结 / 167
6.5 异常TCP连接建立情况 / 169
6.5.1 connect系统调用耗时失控 / 169
6.5.2 次握手丢包 / 171
6.5.3 第三次握手丢包 / 176
6.5.4 握手异常总结 / 178
6.6 如何查看是否有连接队列溢出发生 / 179
6.6.1 全连接队列溢出判断 / 179
6.6.2 半连接队列溢出判断 / 181
6.6.3 小结 / 183
6.7 本章总结 / 183
第7章 一条TCP连接消耗多大内存 / 187
7.1 相关实际问题 / 188
7.2 Linux内核如何管理内存 / 188
7.2.1 node划分 / 189
7.2.2 zone划分 / 191
7.2.3 基于伙伴系统管理空闲页面 / 192
7.2.4 slab分配器 / 194
7.2.5 小结 / 197
7.3 TCP连接相关内核对象 / 198
7.3.1 socket函数直接创建 / 198
7.3.2 服务端socket创建 / 206
7.4 实测TCP内核对象开销 / 207
7.4.1 实验准备 / 207
7.4.2 实验开始 / 208
7.4.3 观察ESTABLISH状态开销 / 209
7.4.4 观察非ESTABLISH状态开销 / 211
7.4.5 收发缓存区简单测试 / 214
7.4.6 实验结果小结 / 215
7.5 本章总结 / 216
第8章 一台机器多能支持多少条TCP连接 / 218
8.1 相关实际问题 / 219
8.2 理解Linux文件描述符限制 / 219
8.2.1 找到源码入口 / 220
8.2.2 寻找进程级限制nofile和fs.nr_open / 221
8.2.3 寻找系统级限制fs.file-max / 223
8.2.4 小结 / 224
8.3 一台服务端机器多可以支撑多少条TCP连接 / 225
8.3.1 一次关于服务端并发的聊天 / 225
8.3.2 服务器百万连接达成记 / 228
8.3.3 小结 / 232
8.4 一台客户端机器多只能发起65 535条连接吗 / 232
8.4.1 65 535的束缚 / 232
8.4.2 多IP增加连接数 / 234
8.4.3 端口复用增加连接数 / 236
8.4.4 小结 / 243
8.5 单机百万并发连接的动手实验 / 243
8.5.1 方案一，多IP客户端发起百万连接 / 244
8.5.2 方案二，单IP客户端机器发起百万连接 / 248
8.5.3 后多谈一点 / 250
8.6 本章总结 / 251
第9章 网络性能优化建议 / 253
9.1 网络请求优化 / 254
9.2 接收过程优化 / 256
9.3 发送过程优化 / 262
9.4 内核与进程协作优化 / 268
9.5 握手挥手过程优化 / 269
第10章 容器网络虚拟化 / 272
10.1 相关实际问题 / 273
10.2 veth设备对 / 274
10.2.1 veth如何使用 / 274
10.2.2 veth底层创建过程 / 276
10.2.3 veth网络通信过程 / 278
10.2.4 小结 / 281
10.3 网络命名空间 / 281
10.3.1 如何使用网络命名空间 / 282
10.3.2 命名空间相关的定义 / 284
10.3.3 网络命名空间的创建 / 287
10.3.4 网络收发如何使用网络命名空间 / 295
10.3.5 结论 / 296
10.4 虚拟交换机Bridge / 297
10.4.1 如何使用Bridge / 298
10.4.2 Bridge是如何创建出来的 / 301
10.4.3 添加设备 / 303
10.4.4 数据包处理过程 / 305
10.4.5 小结 / 308
10.5 外部网络通信 / 310
10.5.1 路由和NAT / 311
10.5.2 实现外部网络通信 / 313
10.5.3 小结 / 318
10.6 本章总结 / 319
^ 收 起
1.1 我在工作中的困惑 / 2
1.1.1 过多的TIME_WAIT / 2
1.1.2 长连接开销 / 2
1.1.3 CPU被消耗光了 / 3
1.1.4 为什么不同的语言网络性能差别巨大 / 4
1.1.5 访问127.0.0.1过网卡吗 / 4
1.1.6 软中断和硬中断 / 5
1.1.7 零拷贝到底是怎么回事 / 5
1.1.8 DPDK / 5
1.2 本书内容结构 / 6
1.3 一些约定 / 7
1.4 一些术语 / 8
第2章 内核是如何接收网络包的 / 9
2.1 相关实际问题 / 10
2.2 数据是如何从网卡到协议栈的 / 11
2.2.1 Linux网络收包总览 / 12
2.2.2 Linux启动 / 13
2.2.3 迎接数据的到来 / 23
2.2.4 收包小结 / 33
2.3 本章总结 / 34
第3章 内核是如何与用户进程协作的 / 41
3.1 相关实际问题 / 42
3.2 socket的直接创建 / 43
3.3 内核和用户进程协作之阻塞方式 / 46
3.3.1 等待接收消息 / 47
3.3.2 软中断模块 / 52
3.3.3 同步阻塞总结 / 57
3.4 内核和用户进程协作之epoll / 59
3.4.1 epoll内核对象的创建 / 60
3.4.2 为epoll添加socket / 62
3.4.3 epoll_wait之等待接收 / 68
3.4.4 数据来了 / 71
3.4.5 小结 / 79
3.5 本章总结 / 80
第4章 内核是如何发送网络包的 / 84
4.1 相关实际问题 / 85
4.2 网络包发送过程总览 / 86
4.3 网卡启动准备 / 90
4.4 数据从用户进程到网卡的详细过程 / 92
4.4.1 send系统调用实现 / 92
4.4.2 传输层处理 / 94
4.4.3 网络层发送处理 / 99
4.4.4 邻居子系统 / 103
4.4.5 网络设备子系统 / 105
4.4.6 软中断调度 / 109
4.4.7 igb网卡驱动发送 / 111
4.5 RingBuffer内存回收 / 114
4.6 本章总结 / 115
第5章 深度理解本机网络IO / 119
5.1 相关实际问题 / 120
5.2 跨机网络通信过程 / 120
5.2.1 跨机数据发送 / 120
5.2.2 跨机数据接收 / 125
5.2.3 跨机网络通信汇总 / 127
5.3 本机发送过程 / 127
5.3.1 网络层路由 / 127
5.3.2 本机IP路由 / 130
5.3.3 网络设备子系统 / 131
5.3.4 “驱动”程序 / 133
5.4 本机接收过程 / 135
5.5 本章总结 / 137
第6章 深度理解TCP连接建立过程 / 139
6.1 相关实际问题 / 140
6.2 深入理解listen / 141
6.2.1 listen系统调用 / 141
6.2.2 协议栈listen / 142
6.2.3 接收队列定义 / 143
6.2.4 接收队列申请和初始化 / 145
6.2.5 半连接队列长度计算 / 146
6.2.6 listen过程小结 / 148
6.3 深入理解connect / 148
6.3.1 connect调用链展开 / 149
6.3.2 选择可用端口 / 151
6.3.3 端口被使用过怎么办 / 153
6.3.4 发起syn请求 / 155
6.3.5 connect小结 / 156
6.4 完整TCP连接建立过程 / 157
6.4.1 客户端connect / 159
6.4.2 服务端响应SYN / 160
6.4.3 客户端响应SYNACK / 162
6.4.4 服务端响应ACK / 164
6.4.5 服务端accept / 167
6.4.6 连接建立过程总结 / 167
6.5 异常TCP连接建立情况 / 169
6.5.1 connect系统调用耗时失控 / 169
6.5.2 次握手丢包 / 171
6.5.3 第三次握手丢包 / 176
6.5.4 握手异常总结 / 178
6.6 如何查看是否有连接队列溢出发生 / 179
6.6.1 全连接队列溢出判断 / 179
6.6.2 半连接队列溢出判断 / 181
6.6.3 小结 / 183
6.7 本章总结 / 183
第7章 一条TCP连接消耗多大内存 / 187
7.1 相关实际问题 / 188
7.2 Linux内核如何管理内存 / 188
7.2.1 node划分 / 189
7.2.2 zone划分 / 191
7.2.3 基于伙伴系统管理空闲页面 / 192
7.2.4 slab分配器 / 194
7.2.5 小结 / 197
7.3 TCP连接相关内核对象 / 198
7.3.1 socket函数直接创建 / 198
7.3.2 服务端socket创建 / 206
7.4 实测TCP内核对象开销 / 207
7.4.1 实验准备 / 207
7.4.2 实验开始 / 208
7.4.3 观察ESTABLISH状态开销 / 209
7.4.4 观察非ESTABLISH状态开销 / 211
7.4.5 收发缓存区简单测试 / 214
7.4.6 实验结果小结 / 215
7.5 本章总结 / 216
第8章 一台机器多能支持多少条TCP连接 / 218
8.1 相关实际问题 / 219
8.2 理解Linux文件描述符限制 / 219
8.2.1 找到源码入口 / 220
8.2.2 寻找进程级限制nofile和fs.nr_open / 221
8.2.3 寻找系统级限制fs.file-max / 223
8.2.4 小结 / 224
8.3 一台服务端机器多可以支撑多少条TCP连接 / 225
8.3.1 一次关于服务端并发的聊天 / 225
8.3.2 服务器百万连接达成记 / 228
8.3.3 小结 / 232
8.4 一台客户端机器多只能发起65 535条连接吗 / 232
8.4.1 65 535的束缚 / 232
8.4.2 多IP增加连接数 / 234
8.4.3 端口复用增加连接数 / 236
8.4.4 小结 / 243
8.5 单机百万并发连接的动手实验 / 243
8.5.1 方案一，多IP客户端发起百万连接 / 244
8.5.2 方案二，单IP客户端机器发起百万连接 / 248
8.5.3 后多谈一点 / 250
8.6 本章总结 / 251
第9章 网络性能优化建议 / 253
9.1 网络请求优化 / 254
9.2 接收过程优化 / 256
9.3 发送过程优化 / 262
9.4 内核与进程协作优化 / 268
9.5 握手挥手过程优化 / 269
第10章 容器网络虚拟化 / 272
10.1 相关实际问题 / 273
10.2 veth设备对 / 274
10.2.1 veth如何使用 / 274
10.2.2 veth底层创建过程 / 276
10.2.3 veth网络通信过程 / 278
10.2.4 小结 / 281
10.3 网络命名空间 / 281
10.3.1 如何使用网络命名空间 / 282
10.3.2 命名空间相关的定义 / 284
10.3.3 网络命名空间的创建 / 287
10.3.4 网络收发如何使用网络命名空间 / 295
10.3.5 结论 / 296
10.4 虚拟交换机Bridge / 297
10.4.1 如何使用Bridge / 298
10.4.2 Bridge是如何创建出来的 / 301
10.4.3 添加设备 / 303
10.4.4 数据包处理过程 / 305
10.4.5 小结 / 308
10.5 外部网络通信 / 310
10.5.1 路由和NAT / 311
10.5.2 实现外部网络通信 / 313
10.5.3 小结 / 318
10.6 本章总结 / 319
^ 收 起
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，目前就职于腾讯。他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。
《深入理解Linux网络： 修炼底层内功，掌握高性能原理》通过先抛出一些开发、运维等技术人员在工作中经常遇见的问题，激发读者的思考。从这些问题出发，深入地对网络底层实现原理进行拆解，带领读者看清楚问题的核心，理解其背后的技术本质，提高大家的技术功力。例如网络包是如何被接收和发送的？阻塞到底在内部是如何发生的？epoll的底层工作原理又是啥？TCP连接在底层上是如何支持和实现的？书中对这些内容都有深度的阐述。本书旨在通过带领读者修炼底层内功，进而帮助大家深度掌握网络高性能原理。
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