Linux-Systemanalyse – Das Buch

Willkommen zur offiziellen Buchseite von Linux-Systemanalyse – einem systematischen Leitfaden zur Analyse moderner Linux-Systeme.

Kurzbeschreibung

Linux-Systemanalyse verbindet tiefes Verständnis moderner Linux-Systeme mit einer reproduzierbaren Methodik. Ausgangspunkt sind reale Symptome – von CPU-Lastspitzen, I/O-Einbrüchen und sporadischen Paketverlusten über unerklärlich viele TLB-/LLC-Misses, Branch-Mispredictions, Thread-Lock-Contention, Priority-Inversionen und Scheduler-Anomalien bis hin zu seltenen, jedoch außerhalb zulässiger Toleranzen liegenden Echtzeitlatenzen oder erhöhtem Energieverbrauch. Das Buch zeigt, wie du Hypothesen sauber formulierst, Messungen kontrolliert aufsetzt, Baselines definierst und Ursachen belastbar verifizierst – mit Werkzeugen wie perf, ftrace, eBPF, Tracepoints sowie System-Tracern (z. B. Intel PT, ARM CoreSight, Perfetto/Trace Compass) – und daraus zielgerichtete Optimierungen ableitest.

Weitere Use Cases: NUMA-Imbalance und Cache-Interferenzen identifizieren, Syscalls und Filesystem-Hotspots quantifizieren, IRQ-Storms und Timer-Streueffekte einkreisen, C-/P-State-Wechsel und Thermal-Throttling sichtbar machen, Garbage-Collector-Pauses und Memory-Fragmentierung bewerten, cgroup-Limits und CPU-Affinity präzise justieren, Regressionsanalysen nach Kernel-/Compiler-Updates durchführen und Fixes dauerhaft absichern und vieles weitere mehr.

Untertitel: Von High-Level-Architekturanalysen zu Low-Level-Code-Optimierungen

Zielgruppen: Software-/Systementwickler, Performance- und Reliability-Ingenieure, Software-Architekten, SRE/DevOps, Kernel-Entwickler, Embedded-Linux-Teams, Sicherheitsforscher und natürlich Studierende.

Lernziele (Auswahl):

• Hypothesenbasiert analysieren statt „raten“; Messergebnisse reproduzierbar dokumentieren
• CPU-Frontend/Backend, Scheduler-Verhalten und Latenzpfade quantifizieren
• Speicher-Hotspots (Page Cache, Slab, Huge Pages, DAMON) erkennen
• Dateisystem/Block-I/O instrumentieren (Tracepoints, blktrace)
• Zeit/Timer (HRTimer, Tickless, Timer-Slack) korrekt bewerten
• Energiemanagement (C/P-States, Uncore, RAPL) messen und optimieren
• eBPF sicher einsetzen (CO-RE, Maps, Tools)

Leseprobe & ToC

• Beispielkapitel “Zeit und Timer” (PDF): flepa-book-timer.pdf
• Inhaltsverzeichnis (PDF): flepa-book-toc.pdf

Inhaltsüberblick (Auszug):

• Teil I – Werkzeuge: perf, eBPF, System-Tracer, Frontends
• Teil II – Subsysteme: CPU, Task Scheduling, Speicher, Dateisystem, Zeit/Timer, Energiemanagement
• Teil III - Methodologie: Anforderungen, Vergleichbarkeit, Datenhaltung, Kommunikation, Integration in Entwicklungszyklen
• Anhänge Benchmarking, Setups (Debian VM, Kernel-Build, Debug), Binäranalyse, Literatur, Stichwortverzeichnis

Beispielcode & Begleitmaterial

Der komplette Beispielcode zum Buch liegt öffentlich auf GitHub.

• Repository: src/
  https://github.com/hgn/linux-analysis/tree/master/src
• ZIP-Download (aktueller Stand, Branch master):
  https://github.com/hgn/linux-analysis/archive/refs/heads/master.zip
• Issues/Fragen:
  https://github.com/hgn/linux-analysis/issues/new

Quickstart

# 1) Klonen
git clone https://github.com/hgn/linux-analysis.git
cd linux-analysis/src

# 2) Werkzeuge (Beispiele für Debian)
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install -y linux-perf bpftrace clang llvm make python3 python3-venv

# 3) Ein einfaches Beispiel ausführen (siehe README in src/)
$ cd greedy-brk-alloctor/
$ make all

Lizenz

Der Beispielcode zum Buch ist gemeinfrei (Public Domain). Seine Nutzung, Vervielfältigung, Veränderung, Weiterverbreitung sowie kommerzielle Verwendung sind ohne Auflagen gestattet.

Errata & Feedback

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Zitieren

BibTeX

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IEEE

H. P. Pfeifer, Linux-Systemanalyse: Von High-Level-Architekturanalysen zu Low-Level-Code-Optimierungen. Hamburg, Germany: Books on Demand, 2025. ISBN 978-3-8192-1292-5.

RIS (EndNote/RefMan)

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AU  - Pfeifer, Hagen Paul
TI  - Linux-Systemanalyse: Von High-Level-Architekturanalysen zu Low-Level-Code-Optimierungen
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SN  - 978-3-8192-1292-5
PB  - Books on Demand
CY  - Hamburg
UR  - https://jauu.net/linux-analyse/
ER  -

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Allgemeine Fragen und Anmerkungen: hagen@jauu.net
Homepage: https://jauu.net/linux-analyse/

Bewertung

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Bibliografische Angaben

Autor: Hagen Paul Pfeifer
Titel: Linux-Systemanalyse
Subtitel: Von High-Level-Architekturanalysen zu Low-Level-Code-Optimierungen
Seiten: 860
Auflage/Ort/Jahr: 1. Auflage, München – 2025
ISBN: 978-3-8192-1292-5
Copyright: © 2022 – 2025 Hagen Paul Pfeifer

Lektorat: Roberta Martin, Berlin
Verlag: BoD – Books on Demand GmbH, Überseering 33, 22297 Hamburg
Druck: Libri Plureos GmbH, Friedensallee 273, 22763 Hamburg

Deutsche Nationalbibliothek: Die DNB verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; bibliografische Daten: https://dnb.dnb.de.

Ausstattung 978-3-8192-1292-5 (Hardcover Version)

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