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武内 覚
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［試して理解］Linuxのしくみ　―実験と図解で学ぶOS、仮想マシン、コンテナの基礎知識【増補改訂版】 単行本（ソフトカバー） – 2022/10/17

武内 覚 (著)
5つ星のうち4.6 142個の評価
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購入オプションとあわせ買い

「Linuxのしくみ」が仮想化、コンテナの解説も加わってフルカラーで新登場！

ITシステムやソフトウェアの基盤OSとして幅広く使われているLinux。エンジニアとしてLinuxに関する知識はいまや必須とも言えますが、あなたはそのしくみや動作を具体的にイメージすることができるでしょうか。
本書では、Linux OS における、プロセス管理、プロセススケジューラ、メモリ管理、記憶階層、ファイルシステム、そして仮想化機能、コンテナなど、OS とハードウェアに関するしくみがどのように動くのか、実験とその結果を示す豊富なグラフや図解を用いてわかりやすく解説します。

改訂に際しては全面フルカラー化。グラフや図解がさらにわかりやすくなり、ソースコードはC言語から、Go言語とPythonにアップデートしています。さらに仮想化、コンテナなどの章が加わりました。今どきのLinuxのしくみを本書でしっかり理解しておきましょう。

目次

●序章　はじめに

●第1章　Linuxの概要
プログラムとプロセス
カーネル
システムコール
- システムコール発行の可視化
- システムコールを処理している時間の割合
- Column 監視、アラート、およびダッシュボード
- システムコールの所要時間
ライブラリ
- 標準Cライブラリ
- システムコールのラッパー関数
- 静的ライブラリと共有ライブラリ
- Column 静的リンクの復権

●第2章　プロセス管理（基礎編）
プロセスの生成
- 同じプロセスを2つに分裂させるfork()関数
- 別のプログラムを起動するexecve()関数
- ASLRによるセキュリティ強化
プロセスの親子関係
- Column fork()関数とexecve()関数以外のプロセス生成方法
プロセスの状態
プロセスの終了
ゾンビプロセスと孤児プロセス
シグナル
- Column 絶対殺すSIGKILLシグナルと絶対死なないプロセス
シェルのジョブ管理の実現
- セッション
- プロセスグループ
デーモン

●第3章　プロセススケジューラ
前提知識：経過時間と使用時間
1つの論理CPUだけを使う場合
複数の論理CPUを使う場合
realよりもuser+sysが大きくなるケース
タイムスライス
- Column タイムスライスの仕組み
コンテキストスイッチ
性能について
プログラムの並列実行の重要性

●第4章　メモリ管理システム
メモリ関連情報の取得
- used
- buff/cache
- sarコマンドによるメモリ関連情報の取得
メモリの回収処理
- プロセスの削除によるメモリの強制回収
仮想記憶
- 仮想記憶がない時の課題
- 仮想記憶の機能
- 仮想記憶による課題の解決
プロセスへの新規メモリの割り当て
- メモリ領域の割り当て：mmap()システムコール
- Column Meltdown脆弱性の恐怖
- メモリの割り当て：デマンドページング
- Column プログラミング言語処理系のメモリ管理
ページテーブルの階層化
- ヒュージページ
- トランスペアレントヒュージページ

●第5章　プロセス管理（応用編）
プロセス作成処理の高速化
- fork()関数の高速化：コピーオンライト
- execve()関数の高速化：デマンドページング再び
プロセス間通信
- 共有メモリ
- シグナル
- パイプ
- ソケット
排他制御
排他制御の堂々巡り
マルチプロセスとマルチスレッド
- Column カーネルスレッドとユーザスレッド

●第6章　デバイスアクセス
デバイスファイル
- キャラクタデバイス
- ブロックデバイス
- Column ループデバイス
デバイスドライバ
- メモリマップトI/O（MMIO）
- ポーリング
- 割り込み
- Column あえてポーリングを使う場合
デバイスファイル名は変わりうる

●第7章　ファイルシステム
ファイルへのアクセス方法
メモリマップトファイル
一般的なファイルシステム
容量制限（クォータ）
ファイルシステムの整合性保持
- ジャーナリングによる不整合の防止
- コピーオンライトによる不整合の防止
- 一にも二にもバックアップ
Btrfsが提供するファイルシステムの高度な機能
- スナップショット
- マルチボリューム
- Column 結局どのファイルシステムを使えばいいのか
データ破壊の検知/修復
その他のファイルシステム
- メモリベースのファイルシステム
- ネットワークファイルシステム
- procfs
- sysfs

●第8章　記憶階層
キャッシュメモリ
- 参照の局所性
- 階層型キャッシュメモリ
- キャッシュメモリへのアクセス速度の計測
Simultaneous Multi Threading（SMT）
- Column Translation Lookaside Buffer
ページキャッシュ
- ページキャッシュの効果
バッファキャッシュ
書き込みのタイミング
direct I/O
スワップ
統計情報

●第9章　ブロック層
HDDの特徴
ブロック層の基本機能
ブロックデバイスの性能指標と測定方法
- 1プロセスだけがI/O発行する場合
- 複数プロセスが並列にI/O発行する場合
- Column 推測するな、測定せよ
- 性能測定ツール：fio
ブロック層がHDDの性能に与える影響
- パターンAの測定結果
- パターンBの測定結果
- Column 何のための性能測定
- 技術革新に伴うブロック層の変化
ブロック層がNVMe SSDの性能に与える影響
- パターンAの測定結果
- パターンBの測定結果
- Column 現実世界の性能測定

●第10章　仮想化機能
仮想化機能とは何か
仮想化ソフトウェア
本章で使う仮想化ソフトウェア
- Column Nested Virtualization
仮想化を支援するCPUの機能
- QEMU＋KVMの場合
- Column CPUによる仮想化機能が存在しない場合の仮想化
仮想マシンは、ホストOSからどう見えているか？
- ホストOSから見たゲストOS
- 複数マシンを立ち上げた場合
- Column IaaSにおけるオートスケールの仕組み
仮想化環境のプロセススケジューリング
- 物理マシン上でプロセスが動いている場合
- 統計情報
仮想マシンとメモリ管理
- 仮想マシンが使うメモリ
仮想マシンとストレージデバイス
- 仮想マシンにおけるストレージI/O
- ストレージデバイスへの書き込みとページキャッシュ
- 準仮想化デバイスとvirtio-blk
- Column ホストOSとゲストOSでストレージI/O性能が逆転？
virtio-blkの仕組み
- Column PCIパススルー

●第11章　コンテナ
仮想マシンとの違い
コンテナの種類
namespace
- pid namespace
- コンテナの正体
セキュリティリスク

●第12章　cgroup
cgroupが制御できるリソース
使用例：CPU使用時間の制御
- Column cgroup機能のLinuxカーネルへの取り込み経緯
応用例
- Column cgroup v2

●終章 本書で学んだことと今後への生かし方
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  1. 本の長さ
    336ページ
  2. 言語
    日本語
  3. 出版社
    技術評論社
  4. 発売日
    2022/10/17
  5. 寸法
    23 x 18.2 x 2.1 cm
  6. ISBN-10
    429713148X
  7. ISBN-13
    978-4297131487
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出版社より

1

難しい理論には踏みこまず、図解と実験でLinuxのしくみを可視化

2

実験結果がビジュアルでわかりやすい

3

新たに仮想化、コンテナなどのテーマも解説！

商品の説明

著者について

2005年から2017年まで、富士通（株）においてエンタープライズ向けLinux、とくにカーネルの開発、サポートに従事。2017年からサイボウズ（株）技術顧問。2018年、サイボウズ（株）に入社。cybozu.comの新インフラのストレージ開発に従事。

登録情報

  • 出版社 ‏ : ‎ 技術評論社; 増補改訂版 (2022/10/17)
  • 発売日 ‏ : ‎ 2022/10/17
  • 言語 ‏ : ‎ 日本語
  • 単行本（ソフトカバー） ‏ : ‎ 336ページ
  • ISBN-10 ‏ : ‎ 429713148X
  • ISBN-13 ‏ : ‎ 978-4297131487
  • 寸法 ‏ : ‎ 23 x 18.2 x 2.1 cm
  • カスタマーレビュー:
    5つ星のうち4.6 142個の評価

著者について

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武内 覚

武内 覚

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2005年に入社した富士通株式会社において、エンタープライズ向けLinuxの開発、サポートに従事。2017年に技術顧問としてサイボウズにジョイン。2018年からは正社員としてcyboz.comのインフラ刷新プロジェクトNecoの開発に携わり、分散ストレージシステムCephの調査、開発に従事。

プライベートでは、Linuxカーネルに関する著作の執筆や雑誌への寄稿を手掛ける。

カスタマーレビュー

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お客様のご意見

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4人のお客様が「わかりやすさ」について述べています。4肯定的0否定的

お客様はこの製品のわかりやすさを高く評価しています。非常にわかりやすく、難しく感じず読めると好評です。また、初めての読む486や流し読みで浅ーくの知識を理解できたという声もあります。

"...しかし、著者のわかりやすく説明する力は素晴らしく、コンテナ時代に対応した版ということで業務で使用しているk8sの解像度がさらに上がった。 読んでいて楽しい本です。 著者に感謝。" もっと読む

"...にあり、色がとてもかわいあので、いつも厳しい顔の深淵でしかなかった謎のブラックホールであるカーネルが、とてもかわいらしい生物に見えてき、わかりやすく丁寧な説明もあってLinuxに愛着がわく。" もっと読む

"...全く初心者だったら読めなかったかもしれませんが、はじめて読む486とか流し読んで、浅ーくは知っていたので難しく感じず読め、さらに理解が深まりました。 分かりやすくまとまっていてありがたいです。 蛇足..." もっと読む

"前提知識がある程度必要だと感じたが、ハンズオンもあり、基礎から順序だって章立てされていることもあり、自分にとっては非常にわかりやすかった。 全体を通して、特に10章以降の仮想化技術の章が自分のためになった。..." もっと読む

3人のお客様が「内容」について述べています。3肯定的0否定的

お客様はこの本の内容を高く評価しています。良書で、読んでいて楽しい本だと感じています。著者に感謝する声もあります。

"...読んでいて楽しい本です。 著者に感謝。" もっと読む

"とても良かったです、素晴らしい本を書いていただいてありがとうございましたという気持ちです。 全く初心者だったら読めなかったかもしれませんが、はじめて読む486とか流し読んで、浅ーくは知っていたので難しく感じず読め、さらに理解が深まりました。..." もっと読む

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上位レビュー、対象国： 日本

  • rumie
    5つ星のうち5.0 広く知るには最高の本
    2024年8月17日に日本でレビュー済み
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    タイトルの通り、手を動かしながら学ぶので結果がわかりきっている場合や既知の事柄の場合は少しくどく感じる時もある。

    しかし、著者のわかりやすく説明する力は素晴らしく、コンテナ時代に対応した版ということで業務で使用しているk8sの解像度がさらに上がった。

    読んでいて楽しい本です。
    著者に感謝。
    3人のお客様がこれが役に立ったと考えています
    役に立った
     レポート
  • 山本悠爾
    5つ星のうち5.0 カラフルでかわいいLinux本
    2024年10月6日に日本でレビュー済み
    Amazonで購入
    イラストがふんだんにあり、色がとてもかわいあので、いつも厳しい顔の深淵でしかなかった謎のブラックホールであるカーネルが、とてもかわいらしい生物に見えてき、わかりやすく丁寧な説明もあってLinuxに愛着がわく。
    3人のお客様がこれが役に立ったと考えています
    役に立った
     レポート
  • ボーダーコリー
    5つ星のうち5.0 とても良かったです
    2022年12月24日に日本でレビュー済み
    Amazonで購入
    とても良かったです、素晴らしい本を書いていただいてありがとうございましたという気持ちです。
    全く初心者だったら読めなかったかもしれませんが、はじめて読む486とか流し読んで、浅ーくは知っていたので難しく感じず読め、さらに理解が深まりました。
    分かりやすくまとまっていてありがたいです。

    蛇足
    「簡単のため」というのが何回も出てきて、理系の論文ではそういう言い回しをすると知っていましたが、初めて見ると慣れないなぁと思っていたら、最後のほうのコンテナのところでは「説明を簡単にするため」となっていて、やっぱり私のように理系学部卒で論文なんて読んだことのない素人にはこの言い回しのほうがしっくりくるなと思いました。
    8人のお客様がこれが役に立ったと考えています
    役に立った
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  • taka
    5つ星のうち4.0 勉強用
    2023年5月7日に日本でレビュー済み
    Amazonで購入
    最初にある程度の知識がないと難しかった
    4人のお客様がこれが役に立ったと考えています
    役に立った
     レポート
  • asfavsdafa
    5つ星のうち5.0 良書
    2023年1月4日に日本でレビュー済み
    Amazonで購入
    前提知識がある程度必要だと感じたが、ハンズオンもあり、基礎から順序だって章立てされていることもあり、自分にとっては非常にわかりやすかった。
    全体を通して、特に10章以降の仮想化技術の章が自分のためになった。今まで当たり前のものとしてAWSのEC2等を使ってきたが、本書を通じて仮想化のしくみを理解することで、昨今のクラウドサービスがなぜ今の形のサービス体系になっているのか納得できた。
    10人のお客様がこれが役に立ったと考えています
    役に立った
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  • Amazon カスタマー
    5つ星のうち5.0 良かった
    2023年2月17日に日本でレビュー済み
    Amazonで購入
    とても良かったです。
    特にクラウド全盛期の時代に体系化されている書籍は重宝します。
    原因の特定次第では損害を回避できることもあるので。この本は非常に役に立ちました
    9人のお客様がこれが役に立ったと考えています
    役に立った
     レポート
  • Amazonカスタマー
    5つ星のうち5.0 ありがたい本
    2022年10月19日に日本でレビュー済み
    まだ読み途中だが良いのでレビューを書く。５章のプロセス管理（応用編）まで読んだ。
    わたしは情報系の大学院生なのだが、OSの知識は学部の講義でふんわりと学んだあとは、他の勉強やプログラミングをする中で登場した知識が断片的に集まってきた、みたいな感じだった。この本のおかげで抜けていた知識補い、おぼろげだった知識や理解に構造を与えられたように感じる。

    まだ読みかけだが、最後まで目を通してLinuxや他のOSと自信を持ってつきあえるようになりたいと思っている。
    27人のお客様がこれが役に立ったと考えています
    役に立った
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  • 藤原
    5つ星のうち3.0 普通
    2024年11月5日に日本でレビュー済み
    Amazonで購入
    身になるものはなかった
    1人のお客様がこれが役に立ったと考えています
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