Objectifs de la formation

• Mesurer les performances sur un système Linux
• Auditer les performances sur un système Linux
• Comprendre en détail les mécanismes internes du noyau

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Programme de la formation

Présentation du noyau

• Vue d’ensemble du système et rôle du noyau.
• Les sites de référence.
• Spécificités des noyaux 3.x et 4.x.
• Cycles de développement du noyau, les patchs.
• Mode de fonctionnement (superviseur et utilisateur). Appels système.
• Organisation des sources (Include/linux, Arch, Kernel, Documentation…).
• Principe de compilation du noyau et des modules.
• Les dépendances et symboles.
• Les exportations de symboles.
• Le chargement du noyau (support, argument…).
• La gestion de la mémoire virtuelle sous Linux.
• Optimisation des systèmes de fichiers : Ext3/4, modes de journalisation, attributs du système de fichier.
• Les optimisations classiques.

Travaux pratiques

Compilation et installation d’un noyau.

Les outils utilisables

• Outils de développement (Gcc, Kbuild, Kconfig et Makefile…).
• Outils de débogage (GDB, KGDB, ftrace…).
• Environnement de débogage (Linux Trace Toolkit…).
• Tracer les appels système (ptrace…).
• Outil de métrologie classique sous Linux.
• Collecte de données sur la performance.
• Nagios, Ganglia
• Surveillance du noyau.
• Les commandes : utilisation de vmstat, df, stat, cpuinfo,etc

Travaux pratiques

Installer l’ensemble des outils et des sources. Collecte de donnée. Surveillance du noyau. Utilisation des commandes natives.

Gestion des threads, scheduling

• Les différents types de périphériques.
• Contextes de fonctionnement du noyau. Protection des variables globales.
• Représentation des threads (état, structure task_stru, thread_info…).
• Les threads, contexte d’exécution.
• Le scheduler de Linux et la préemption.
• Création d’un thread noyau (kthread_create, wakeup_process…).

Travaux pratiques

Surveiller, gérer les threads.

Gestion de la mémoire, du temps et de proc

• L’organisation mémoire pour les architectures UMA et NUMA.
• L’espace d’adressage utilisateur et noyau.
• La gestion de pages à la demande (demand paging).
• Allocations mémoire, buddy allocator, kmalloc, slabs et pools mémoire.
• La gestion des accès à la mémoire (les caches et la MMU).
• Les problèmes liés à la sur-réservation de la mémoire.
• Gestion de la mémoire sur x86 et ARM, utilisation des Hugepages.
• Optimisation des appels systèmes (IAPX32, VDSO).
• Synchronisations et attentes dans le noyau, waitqueues, mutex et les completions.
• Les ticks et les jiffies dans Linux.
• L’horloge temps réel, RTC (real Time Clock), implémentation des timers.
• Interface timers haute résolution, estampilles.
• Les outils spécifiques au noyau, listes chaînées, kfifo et container_of.
• L’interface noyau avec /proc par le procfs.

Travaux pratiques

Analyse de la mémoire, des fichiers /proc.

Optimisations de NUMA (non-uniform memory access)

• Principaux concepts NUMA.
• Concepts et architecture du CPU.
• Allocation de mémoire NUMA.
• Statistiques NUMA.
• Sous-système E/S.

Stockage et IO

• Logiciel RAID Refresher.
• Niveaux RAID, configuration RAID.
• Volumes logiques, Volumes et groupes de volumes, Création de volumes logiques.
• Dispositifs bruts.
• E/S asynchrones.

Travaux pratiques

Auditer le stockage.

Analyse du sous-système E/S

• iostats.
• iotop, blktrace, blkparse.
• btrace, btt, blkiomon.

Travaux pratiques

Analyse et interprétation des E/S.

Optimisation du sous-système réseau

• Vue d’ensemble du stack réseau.
• Optimisation de la latence et du débit.
• Paramètres matériels de l’interface réseau.
• Techniques de déchargement.
• Optimisation TCP.
• Outils de surveillance et de diagnostic

Travaux pratiques

Vue d’ensemble du stack réseau.

Audit

• Les méthodes.
• Ce qui ne doit pas être oublié.
• Les outils.

Travaux pratiques

Réaliser l’audit d’un système Linux, produire un rapport.