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BPF 도구를 통한 성능 최적화, 문제 해결 및 시스템 내부 구조 분석

BPF 기반 성능 분석 도구들은 시스템과 애플리케이션에 대해 기존과는 차원이 다른 가시성을 제공합니다. 이를 통해 성능 최적화, 문제 해결, 보안 강화, 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있습니다. 《BPF 성능 분석 도구》는 이러한 관측가능성 도구를 사용하는 방법을 안내합니다.
BPF의 선구자이자 전문가인 저자는 바로 실행해 볼 수 있는 150개 이상의 성능 분석 및 디버깅 도구를 소개하고, 사용 방법을 설명합니다. 또한, 독자가 스스로 성능 분석 도구를 제작할 수 있도록 단계별로 안내합니다. 이 책을 통해서 CPU, 메모리, 디스크, 파일 시스템, 네트워킹, 언어, 애플리케이션, 컨테이너, 하이퍼바이저, 보안 및 커널을 분석하는 방법에 대해서 배울 수 있습니다. 저자는 기본 도구부터 고급 도구까지 사용해서 각 컴포넌트를 분석하고, 독자가 리눅스 시스템이나 애플리케이션에 대해 깊이 있고 유용한 시각을 가질 수 있도록 도와줍니다.
《BPF 성능 분석 도구》는 엔터프라이즈/클라우드 환경에서 최신 리눅스를 사용하는 시스템 관리자, 개발자, 지원 스태프뿐 아니라 모든 IT 전문가에게 귀중한 자료가 될 것입니다

이 책은 리눅스 운영체제의 서브시스템에 대한 배경지식부터 설명하며 성능 분석 전략, 성능 분석에 활용할 수 있는 전통적인 도구들 그리고 실용적인 BPF 도구들을 알려 줍니다. 이로써 독자들은 리눅스의 주요한 성능 계측 지점의 의미를 배울 수 있고 성능 분석을 위한 BPF 도구를 스스로 작성할 수 있게 되며, 리눅스 운영체제를 기존과는 다른 관점에서 이해하게 됩니다. 리눅스 운영체제를 성능 분석 관점에서 이해하고 싶거나 BPF 도구를 만들고 싶은 분들께 이 책을 추천합니다. - 정준영, 카카오엔터프라이즈

이 책은 오랜 시간 알고 있었지만 머릿속에서 일목요연하게 정리되지는 않았던 리눅스 지식 및 성능 트러블슈팅 기술을 배경지식→BPF 활용 가능성→(이용) 전략→기존 도구→BPF 도구→BPF 원 라이너→선택 연습 문제의 과정을 통해 완벽하게 정리해 줍니다. 시스템에 대한 이해도를 높이고 advanced system engineer로 거듭나고 싶은 독자에게 권합니다. - 최규민, 국가정보자원관리원

[이 책에서 다루는 내용]
● 트레이싱의 핵심 개념과 주요 BPF 프론트엔드인 BCC, bpftrace
● 바로 실행해 볼 수 있는 150개 이상의 강력한 BPF 도구
● 컴파일, JIT 컴파일, 인터프리터 언어를 계측, 분석하는 방법
● 상호 보완적인 분석 도구들을 사용해 성능 향상점을 빠르게 찾아내는 방법
● 다양한 지표, 스택 트레이스 및 커스텀 지연 시간 히스토그램을 생성하는 방법
● BPF 기반으로 만든 고급 도구 활용 방법
● 효과적인 분석을 위한 실용적인 전략과 팁

1장 소개
1.1 BPF/eBPF란?
1.2 트레이싱, 스누핑, 샘플링, 프로파일링과 관측가능성
1.3 BCC, bpftrace 그리고 IO Visor란?
1.4 BCC 살펴보기
1.5 BPF 트레이싱 가시성
1.6 동적 계측: kprobe와 uprobes
1.7 정적 계측: tracepoint와 USDT
1.8 bpftrace 살펴보기: open() 트레이싱
1.9 BCC 살펴보기: open() 트레이싱
1.10 정리

2장 기술 배경
2.1 BPF 도식화하기
2.2 BPF
2.3 확장 BPF(eBPF)
2.4 스택 트레이스 추적
2.5 플레임 그래프
2.6 이벤트 소스
2.7 kprobe
2.8 uprobes
2.9 tracepoint
2.10 USDT
2.11 동적 USDT
2.12 PMC
2.13 perf_events
2.14 정리

3장 성능 분석
3.1 개요
3.2 성능 분석 방법론
3.3 60초 리눅스 성능 분석
3.4 BCC 도구 체크리스트
3.5 정리

4장 BCC
4.1 BCC 컴포넌트
4.2 BCC의 기능
4.3 BCC 설치
4.4 BCC 도구
4.5 funccount
4.6 stackcount
4.7 trace
4.8 argdist
4.9 도구 문서
4.10 BCC 도구 개발하기
4.11 BCC 내부 구조
4.12 BCC 디버깅
4.13 정리

5장 bpftrace
5.1 bpftrace 컴포넌트
5.2 bpftrace의 기능
5.3 bpftrace 설치
5.4 bpftrace 도구
5.5 bpftrace 원 라이너
5.6 bpftrace 문서
5.7 bpftrace 프로그래밍
5.8 bpftrace 사용법
5.9 bpftrace probe 유형
5.10 bpftrace 흐름 제어
5.11 bpftrace 연산자
5.12 bpftrace 변수
5.13 bpftrace 함수
5.14 bpftrace 맵 함수
5.15 bpftrace 향후 작업
5.16 bpftrace 내부 구조
5.17 bpftrace 디버깅
5.18 정리

6장 CPU
6.1 배경지식
6.2 기존 도구
6.3 BPF 도구
6.4 BPF 원 라이너
6.5 선택 연습 문제
6.6 정리

7장 메모리
7.1 배경지식
7.2 기존 도구
7.3 BPF 도구
7.4 BPF 원 라이너
7.5 선택 연습 문제
7.6 정리

8장 파일 시스템
8.1 배경지식
8.2 기존 도구
8.3 BPF 도구
8.4 BPF 원 라이너
8.5 선택 연습 문제
8.6 정리

9장 디스크 I/O
9.1 배경지식
9.2 기존 도구
9.3 BPF 도구
9.4 BPF 원 라이너
9.5 선택 연습 문제
9.6 정리

10장 네트워킹
10.1 배경지식
10.2 기존 도구
10.3 BPF 도구
10.4 BPF 원 라이너
10.5 선택 연습 문제
10.6 정리

11장 보안
11.1 배경지식
11.2 BPF 도구
11.3 BPF 원 라이너
11.4 정리

12장 언어
12.1 배경지식
12.2 C
12.3 자바
12.4 배시 셸
12.5 다른 언어들
12.6 정리

13장 애플리케이션
13.1 배경지식
13.2 BPF 도구
13.3 BPF 원 라이너
13.4 BPF 원 라이너 사례
13.5 정리

14장 커널
14.1 배경지식
14.2 전략
14.3 기존 도구
14.4 BPF 도구
14.5 BPF 원 라이너
14.6 BPF 원 라이너 사례
14.7 도전 과제
14.8 정리

15장 컨테이너
15장 컨테이너
15.1 배경지식
15.2 기존 도구
15.3 BPF 도구
15.4 BPF 원 라이너
15.5 연습 문제
15.6 정리

16장 컨테이너
16.1 배경지식
16.2 기존 도구
16.3 게스트 BPF 도구
16.4 호스트 BPF 도구
16.5 정리

17장 컨테이너
17.1 벡터와 PCP
17.2 그라파나와 PCP
17.3 Cloudflare eBPF Prometheus Exporter(with Grafana)
17.4 kubectl-trace
17.5 기타 도구
17.6 정리

18장 컨테이너
18.1 일반적인 이벤트 발생 빈도와 오버헤드
18.2 49Hz 또는 99Hz 주기로 샘플링
18.3 노란 돼지와 회색 쥐
18.4 대상 소프트웨어 작성
18.5 시스템 콜 배우기
18.6 심플하게 하기
18.7 이벤트 누락
18.8 스택 트레이스 누락
18.9 출력 시 심벌(함수 이름) 누락
18.10 트레이싱할 때 함수 누락
18.11 피드백 루프
18.12 이벤트 드롭

부록 A bpftrace 원 라이너
6장 CPU
7장 메모리
8장 파일 시스템
9장 디스크 I/O
10장 네트워킹
11장 보안
13장 애플리케이션
14장 커널

부록 B bpftrace Cheat Sheet

부록 C BCC 도구 개발
리소스
다섯 가지 팁
도구 사용 예시
추가 정보

부록 D C BPF
C로 프로그램하는 이유
다섯 가지 팁
C 프로그램
perf C
추가 정보

부록 E BPF 명령어
헬퍼 매크로
명령어
인코딩
참고 자료

부록 F 용어사전

부록 G 참고문헌