Linux高性能網(wǎng)絡(luò)編程

一、課程目標(biāo)

本次課程深入講解Linux下的socket編程，并以此為基礎(chǔ)，著重討論如何提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)端應(yīng)用的性能，通過本次課程的學(xué)習(xí)，學(xué)員將收獲以下方面的成果：

熟練使用socket系列函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程;

深刻理解服務(wù)端應(yīng)用的性能要求;

利用Linux提供的各種機(jī)制，有效地解決服務(wù)端應(yīng)用的性能瓶頸。

二、參訓(xùn)要求

參加本次課程的學(xué)員須具備以下能力：

了解TCP/IP協(xié)議，有網(wǎng)絡(luò)編程概念。

本次課程使用 C語(yǔ)言 教學(xué)，所以學(xué)員需擁有較好的C語(yǔ)言基礎(chǔ);

能熟練使用常用的Linux命令;

能熟練使用gcc、gdb、熟練撰寫makefile;

最好熟練使用vi、emacs等文本編輯器其中的一種。

三、課程實(shí)踐環(huán)境

學(xué)員自備電腦

操作系統(tǒng)：GNU/Linux 2.6+(建議使用Redhat AS 5+或Ubuntu、Fedora)

編譯器：GCC v4.1+、GDB v7.0+

可選IDE：Eclipse CDT

四、課程大綱

本次課程由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

1、POSIX Thread – 多線程

線程管理

線程創(chuàng)建：pthread_create()

線程終止：pthread_exit()

線程連接和分離：join and detach

線程同步機(jī)制

互斥體：mutex

讀寫鎖：read-write lock

條件變量：condition variable

線程屬性控制

mutex屬性控制

2、Socket 簡(jiǎn)介

Socket地址數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct sockaddr，struct sockaddr_in

字節(jié)序以及字節(jié)序操作：ntohl()， ntohs()， htonl()， htons()

Internet地址操作：inet_aton()， inet_addr()， and inet_ntoa()， inet_pton()， inet_ntop()

3、TCP Socket

socket()：創(chuàng)建socket

bind()：綁定地址

listen()：開始偵聽

accept()：接受來自客戶端的連接

connect()：連接到服務(wù)器

getsockname()和getpeername()：獲取本地和對(duì)端地址

I/O 操作：read()， write()

更高效的I/O 操作：readv()， writev()

TCP Server編程步驟

TCP Server v1：迭代式Echo Server

TCP Server v2：多進(jìn)程并發(fā)式Echo Server，使用fork()和exec*()

TCP Server v3：多線程并發(fā)式Echo Server，使用pthread

TCP Client編程步驟

TCP Client：Echo Client

4、UDP Socket

recvfrom()和sendto()：收發(fā)UDP數(shù)據(jù)報(bào)

UDP Echo Server

UDP Echo Client

組播(Multicast)和廣播(Broadcast)

5、Socket Options和 IP Options

常用的Socket Options

常用的IP Options

Socket選項(xiàng)和IP選項(xiàng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的影響

6、I/O多路復(fù)用：構(gòu)建反應(yīng)式(Reactive)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

UNIX I/O多路復(fù)用機(jī)制概要

為什么I/O 多路復(fù)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用很重要

I/O 多路復(fù)用與多線程(反應(yīng)式模型和并發(fā)模型)

select / poll

在TCP Server和UDP Server中使用select和poll

Linux特有I/O 多路復(fù)用機(jī)制：Event poll (epoll)

在TCP Server和UDP Server中使用epoll

7、異步I/O：構(gòu)建前攝式(Proactive)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

相關(guān)概念：同步I/O和異步I/O、Proactor模式

異步I/O 是如何提高I/O 性能的

異步I/O系列操作

使用異步I/O的機(jī)制構(gòu)建TCP Server

8、高性能網(wǎng)絡(luò)編程討論

考究高性能網(wǎng)絡(luò)編程中應(yīng)該遵循的原則，討論并發(fā)、同步、事件多路分離等機(jī)制的適用場(chǎng)合

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的瓶頸何在

事件多路分離 vs 一連接一線程 (Event demultiplexing vs One thread per connection)

同步I/O vs 異步I/O (Synchronous I/O vs Asynchronous I/O)

如何適當(dāng)?shù)厥褂枚嗑€程

什么時(shí)候需要多個(gè) 事件多路分離線程

9、應(yīng)用層協(xié)議定義與實(shí)現(xiàn)

為什么要自定義應(yīng)用層協(xié)議

定義應(yīng)用層協(xié)議 (以XMMEP協(xié)議為例)

用C++實(shí)現(xiàn)自定義的協(xié)議 (以XMMEP協(xié)議為例)

注：XMMEP為X-Messenger Message Exchanging Protocol

五、時(shí)間安排

課程時(shí)間：2天，以每天6小時(shí)計(jì)，具體安排如下：

Day1

1 – POSIX Thread – 多線程

2 – Socket 簡(jiǎn)介

3 – TCP Socket

4 – UDP Socket

5 – Socket Options和 IP Options

Day2

6 – I/O多路復(fù)用：構(gòu)建反應(yīng)式(Reactive)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

7 – 異步I/O：構(gòu)建前攝式(Proactive)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

8 – 高性能網(wǎng)絡(luò)編程討論

9 – 應(yīng)用層協(xié)議定義與實(shí)現(xiàn)

課程回顧與總結(jié)

總結(jié)

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