Linux高性能網(wǎng)絡(luò)編程

Linux高性能網(wǎng)絡(luò)編程

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2011-08-20 14:10

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語言 教學(xué)，所以學(xué)員需擁有較好的C語言基礎(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

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  • 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

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  • 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

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  • 1 - POSIX Thread - 多線程
  • 2 - Socket 簡介
  • 3 - TCP Socket
  • 4 - UDP Socket
  • 5 - Socket Options和 IP Options
• Day2

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  • 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)

六、課程資源

????? 可獲取的課程資源見： 教學(xué)資源 。

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