操作系统实验教程——Web服务器性能优化

操作系统相关理论较为抽象和难懂，对于很多初学者来说很难理解这些抽象的内容。本书以“学以致用”为目标，以构建一个高性能Web服务器为案例，将操作系统的处理器管理、内存管理和文件管理的相关理论融入到Web服务器构建的过程中。随着将操作系统中的这些理论逐步融入到Web服务器，读者会发现Web服务器的并发访问性能在逐步提高，这能极大地激发读者的学习兴趣。
本书中的实验先易后难，从一个简单的单进程Web服务器开始，通过引入多进程、多线程、同步互斥、页面缓存及替换、内存分配及管理、文件系统、网络通信和零拷贝等概念和算法，逐步提高Web服务器并发访问性能。本书中的实验强调数据分析，通过在程序代码中加入性能统计参数以及应用性能评估工具来获得Web服务器运行状态数据；通过数据分析获得影响Web服务器并发访问性能的关键问题；通过引入操作系统的相关理论来解决这些问题。
本书既可作为“操作系统”课程的配套实验教材，也可以作为系统编程人员动手实践的参考教材。

第1章Web服务器开发基础1
1.1Web服务器简介1
1.2TCP/IP协议族与HTTP2
1.2.1TCP/IP协议族2
1.2.2HTTP2
1.3Socket编程6
1.4开发环境与测试环境14
1.4.1GCC15
1.4.2构建makefile20
1.4.3GDB20
1.4.4服务性能测试工具26
1.4.5性能指标34
1.5实验1Web服务器的初步实现35
第2章Web服务器的多进程和多线程模型37
2.1背景介绍37
2.2进程模型37
2.2.1Linux中创建进程的相关函数37
2.2.2Linux中进程间通信的相关函数39
2.2.3多进程Web服务器模型47
2.2.4实验2Web服务器的多进程模型实现48
2.3线程模型49
2.3.1Linux线程模型49
2.3.2POSIX线程库接口49
2.3.3Linux线程间的同步与互斥53
2.3.4Web服务器的多线程模型55
2.3.5实验3Web服务器的多线程模型61
2.4线程池模型62
2.4.1实验4Web服务器的线程池模型67
2.5业务分割模型67
2.5.1实验5Web服务器的业务分割模型70
2.6混合模型71
2.6.1实验6Web服务器的混合模型73
第3章Web服务器的内存管理74
3.1背景介绍74
3.2Web页面的缓存逻辑结构75
3.3Web页面的缓存置换算法81
3.3.1实验7Web服务器页面缓存及其替换方法评估88
3.4Web服务器的内存管理模型88
3.4.1Linux内核内存管理模型89
3.4.2Linux用户库函数管理内存方法97
3.4.3Nginx内存管理模型106
3.4.4实验8Web服务器的内存管理108
第4章Web服务器的文件存储系统109
4.1背景介绍109
4.2Linux中的Ext文件系统109
4.2.1Ext2文件系统结构109
4.2.2Ext2文件系统分析110
4.3TFS文件系统111
4.3.1TFS文件系统架构111
4.3.2TFS文件系统性能分析114
4.4实验9Web服务器的文件系统114
第5章Web服务器的网络I/O性能优化116
5.1背景介绍116
5.2SocketI/O多路复用117
5.2.1select117
5.2.2poll122
5.2.3epoll123
5.3阻塞和非阻塞I/O126
5.4异步I/O138
5.4.1异步I/O函数138
5.4.2异步通知响应140
5.5零拷贝143
5.6实验10Web服务器网络I/O优化145