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一、课程定位
面向Linux内核开发者与系统架构师,聚焦内存调优、文件系统、进程管理、设备驱动、网络协议栈五大核心模块,通过源码级解析与工业级实战项目,培养具备内核开发、性能优化与故障排查能力的全栈工程师,适配云计算、嵌入式、高性能计算等场景需求117。
二、核心知识体系
1. 内存管理调优
源码级内存架构
不连续页分配器原理(页表结构与虚拟地址映射机制)1
Slab分配器实现(对象缓存策略与内存碎片优化)18
交换算法与NUMA架构优化(页面置换策略与跨节点访问延迟控制)1718
实战调优案例
内存泄漏追踪(结合KASAN与kmemleak工具)
大页内存配置(THP透明大页与手动HugeTLB调优)
OOM Killer策略定制(调整评分机制与进程保护规则)
2. 文件系统开发
VFS与具体文件系统实现
虚拟文件系统抽象层(inode、dentry、super_block结构解析)18
Ext4/Btrfs日志机制对比(写时复制与日志回滚策略)
分布式文件系统集成(Ceph CRUSH算法与内核客户端开发)
性能优化方向
异步IO优化(io_uring与AIO对比)
文件预读策略调整(readahead算法动态调参)
元数据缓存优化(dcache与icache比例控制)
3. 进程管理与调度
内核调度机制
CFS完全公平调度器(vruntime计算与红黑树实现)18
实时调度策略(SCHED_FIFO/SCHED_RR优先级抢占)
多核负载均衡(SMP调度域与CPU亲和性配置)
进程通信与资源隔离
cgroups V2资源控制(CPU/内存/IO子系统的精细化管控)17
Namespace隔离机制(容器化场景下的进程视图隔离)
RCU同步技术(无锁读优化与内存屏障应用)17
4. 设备驱动开发
驱动框架与硬件交互
字符设备驱动开发(file_operations接口实现)
中断处理优化(顶半部/底半部分割与线程化中断)
DMA与内存映射(一致性缓冲区与scatter-gather列表)
实战项目
自定义GPIO驱动(树莓派硬件适配)
PCIe设备高速通信(NVMe驱动性能调优)
传感器驱动开发(IIO子系统与SPI/I2C总线集成)
5. 网络协议栈优化
协议栈核心模块
TCP/IP协议栈实现(sk_buff结构管理与零拷贝优化)
多队列网卡驱动(RSS散列与中断合并配置)
XDP加速技术(eBPF实现网络包过滤与负载均衡)
高性能网络场景
百万级并发连接(epoll与REUSEPORT机制)
低延迟传输优化(TCP_FASTOPEN与BBR拥塞控制)
用户态协议栈开发(DPDK与Kernel Bypass对比)
源码级实验环境
提供ARM64/X86双架构内核编译环境(QEMU模拟与真机调试)617
集成Kdump/Crash工具链(内核崩溃转储分析与热补丁开发)
工业级代码解析
拆解Linux 6.x新特性(如Memory Folios内存管理模型)
深度剖析Google BBR算法实现(tcp_cubic.c源码修改)
全链路调优实战
内核抢占模式配置(CONFIG_PREEMPT_RT补丁应用)17
网络协议栈延迟优化(禁用TSO/GRO特性)
调整Slab分配器参数(降低PostgreSQL的Buffer Pool碎片)
透明大页与NUMA平衡策略配置
职业发展体系
岗位适配:云计算内核工程师、嵌入式系统架构师、网络协议开发专家
认证直通:Linux基金会KCNA/CKAD认证考点精讲
开源贡献:指导提交LKML补丁(从BUG修复到性能优化提交)
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