內容簡介

基於BPF的性能優化工具提供了前所未有的系統級和應用程式級的觀察能力，使用這些工具可以優化性能、調試代碼、增強安全性、降低成本。本書是使用這些觀察工具的全面指南。本書作為全面介紹 BPF 技術的圖書，從 BPF 技術的起源到未來發展方向都有涵蓋，不僅全面介紹了 BPF 的程式設計模型，還完整介紹了兩個主要的 BPF 前端程式設計框架 ― BCC 和 bpftrace，更給出了一系列實現範例，全面展示了 BPF技術的實際能力和未來發展前景，以及使用BPF工具優化性能、修復問題、探索線上系統的內部情況。

本書的另一個關注方向是 Linux 系統性能和應用程式性能的調優。本書全面介紹了系統性能調優的策略、工具與實踐案例，不僅介紹了對應的 BPF 工具，還著重介紹了這些工具如何與 Linux 傳統性能工具進行互補，這樣讀者可以有選擇地進行使用。

本書介紹的工具小巧精緻，且包含了簡單易讀的原始程式碼，這就是 BPF 技術的魅力所在：安全、高效、快捷的系統擴展力。未來 BPF 技術在 Linux 中的應用場景會越來越多，越來越重要。希望本書能在大家學習這項技術並關注它的發展時提供一定的便利。本書是系統管理員、應用程式開發者、運維人員，以及其他IT從業者在企業內部或雲上使用各種Linux發行版本時都可參考的資料。

作者介紹

Brendan Gregg（布蘭登 · 葛雷格），Netflix 高級性能工程師 Brendan Gregg 是 BPF（eBPF）的主要貢獻者，他幫助開發和維護了兩個主要的 BPF 前端框架，開創了 BPF 用於可觀測性的先河，並創建了數十種基於 BPF 的性能分析工具。他編著的暢銷書有《性能之巔：洞悉系統、企業與雲計算》。

第1章引言1
1.1 BPF和eBPF是什麼 1
1.2 跟蹤、嗅探、採樣、剖析和可觀測性分別是什麼 2
1.3 BCC、bpftrace和IO Visor 3
1.4 初識BCC：快速上手 4
1.5 BPF跟蹤的能見度 7
1.6 動態插樁：kprobes和uprobes 8
1.7 靜態插樁：tracepoint和USDT 9
1.8 初識bpftrace：跟蹤open() 10
1.9 再回到BCC：跟蹤open() 13
1.10 小結 15

第2章技術背景16
2.1 圖釋BPF 16
2.2 BPF 17
2.3 擴展版BPF 18
2.4 調用棧回溯 41
2.5 火焰圖 44
2.6 事件源 48
2.7 kprobes 49
2.8 uprobes 53
2.9 跟蹤點 57
2.10 USDT 62
2.11 動態USDT 66
2.12 性能監控計數器 68
2.13 perf_events 69
2.14 小結 70

第3章性能分析71
3.1 概覽 71
3.2 性能分析方法論 73
3.3 Linux 60秒分析 77
3.4 BCC工具檢查清單 84
3.5 小結 90

第4章 BCC91
4.1 BCC的組件 92
4.2 BCC的特性 92
4.3 安裝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 工具文檔 121
4.10 開發BCC工具 126
4.11 BCC的內部實現 127
4.12 BCC的調試 128
4.13 小結 136

第5章 bpftrace137
5.1 bpftrace的組件 138
5.2 bpftrace的特性 139
5.3 bpftrace的安裝 141
5.4 bpftrace工具 143
5.5 bpftrace單行程式 145
5.6 bpftrace的文檔 146
5.7 bpftrace程式設計 146
5.8 bpftrace的説明資訊 155
5.9 bpftrace的探針類型 157
5.10 bpftrace的控制流 163
5.11 bpftrace的運算子 164
5.12 bpftrace的變數 165
5.13 bpftrace的函數 170
5.14 bpftrace映射表的操作函數 177
5.15 bpftrace的下一步工作 183
5.16 bpftrace的內部運作 185
5.17 bpftrace的調試 186
5.18 小結 190

第6章 CPU.191
6.1 背景知識 192
6.2 傳統工具 197
6.3 BPF工具 210
6.4 BPF單行程式 251
6.5 可選練習 253
6.6 小結 254

第7章記憶體.255
7.1 背景知識 256
7.2 傳統工具 263
7.3 BPF工具 269
7.4 BPF單行程式 288
7.5 可選練習 289
7.6 小結 290

第8章檔案系統291
8.1 背景知識 292
8.2 傳統工具 296
8.3 BPF工具 302
8.4 BPF單行程式 353
8.5 可選練習 359
8.6 小結 360

第9章磁片I/O361
9.1 背景知識 362
9.2 傳統工具 367
9.3 BPF工具 372
9.4 BPF單行程式 406
9.5 可選練習 409
9.6 小結 410

第10章網路411
10.1 背景知識 412
10.2 傳統工具 422
10.3 BPF工具 433
10.4 BPF單行程式 507
10.5 可選練習 513
10.6 小結 515

第11章安全516
11.1 背景知識 516
11.2 BPF工具 523
11.3 BPF單行程式 542
11.4 小結 544

第12章程式設計語言.545
12.1 背景知識 545
12.2 C 551
12.3 Java 560
12.4 bash shell 601
12.5 其他語言 614
12.6 小結 619

第13章應用程式.620
13.1 背景知識 621
13.2 BPF工具 625
13.3 BPF單行程式 662
13.4 BPF單行程式示範 664
13.5 小結 664

第14章內核665
14.1 背景知識 666
14.2 分析策略 669
14.3 傳統工具 670
14.4 BPF工具 675
14.5 BPF單行程式 697
14.6 BPF單行程式示範 699
14.7 挑戰 700
14.8 小結 700

第15章容器701
15.1 背景知識 701
15.1.1 BPF 的分析能力 703
15.1.2 挑戰 703
15.1.3 分析策略 706
15.2 傳統工具 706
15.2.1 從主機上分析 706
15.2.2 在容器內分析 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單行程式 717
15.5 可選練習 717
15.6 小結 718

第16章虛擬機器管理器719
16.1 背景知識 719
16.2 傳統工具 722
16.3 訪客系統的BPF工具 723
16.4 宿主機BPF工具 732
16.5 小結 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 小結 755

第18章建議、技巧和常見問題. 756
18.1 典型事件的頻率和額外開銷 756
18.2 以49Hz或99Hz為採樣頻率 760
18.3 黃豬和灰鼠 760
18.4 開發目標軟體 762
18.5 學習系統調用 763
18.6 保持簡單 764
18.7 事件缺失 764
18.8 調用棧缺失 766
18.9 列印時符號缺失（函數名稱） 767
18.10 跟蹤時函數缺失 768
18.11 反饋回路 769
18.12 被丟掉的事件 769

附錄A bpftrace單行程式770
附錄B bpftrace備忘單775
附錄C BCC工具的開發778
附錄D C.BPF. 793
附錄E BPF指令812

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