Linux高性能网络编程

一、课程目标

本次课程深入讲解Linux下的socket编程，并以此为基础，着重讨论如何提高网络服务端应用的性能，通过本次课程的学习，学员将收获以下方面的成果：

熟练使用socket系列函数进行网络编程;

深刻理解服务端应用的性能要求;

利用Linux提供的各种机制，有效地解决服务端应用的性能瓶颈。

二、参训要求

参加本次课程的学员须具备以下能力：

了解TCP/IP协议，有网络编程概念。

本次课程使用 C语言 教学，所以学员需拥有较好的C语言基础;

能熟练使用常用的Linux命令;

能熟练使用gcc、gdb、熟练撰写makefile;

最好熟练使用vi、emacs等文本编辑器其中的一种。

三、课程实践环境

学员自备电脑

操作系统：GNU/Linux 2.6+(建议使用Redhat AS 5+或Ubuntu、Fedora)

编译器：GCC v4.1+、GDB v7.0+

可选IDE：Eclipse CDT

四、课程大纲

本次课程由以下几个部分构成：

1、POSIX Thread – 多线程

线程管理

线程创建：pthread_create()

线程终止：pthread_exit()

线程连接和分离：join and detach

线程同步机制

互斥体：mutex

读写锁：read-write lock

条件变量：condition variable

线程属性控制

mutex属性控制

2、Socket 简介

Socket地址数据结构：struct sockaddr，struct sockaddr_in

字节序以及字节序操作：ntohl()， ntohs()， htonl()， htons()

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

3、TCP Socket

socket()：创建socket

bind()：绑定地址

listen()：开始侦听

accept()：接受来自客户端的连接

connect()：连接到服务器

getsockname()和getpeername()：获取本地和对端地址

I/O 操作：read()， write()

更高效的I/O 操作：readv()， writev()

TCP Server编程步骤

TCP Server v1：迭代式Echo Server

TCP Server v2：多进程并发式Echo Server，使用fork()和exec*()

TCP Server v3：多线程并发式Echo Server，使用pthread

TCP Client编程步骤

TCP Client：Echo Client

4、UDP Socket

recvfrom()和sendto()：收发UDP数据报

UDP Echo Server

UDP Echo Client

组播(Multicast)和广播(Broadcast)

5、Socket Options和 IP Options

常用的Socket Options

常用的IP Options

Socket选项和IP选项对网络应用的影响

6、I/O多路复用：构建反应式(Reactive)网络应用

UNIX I/O多路复用机制概要

为什么I/O 多路复用对于网络应用很重要

I/O 多路复用与多线程(反应式模型和并发模型)

select / poll

在TCP Server和UDP Server中使用select和poll

Linux特有I/O 多路复用机制：Event poll (epoll)

在TCP Server和UDP Server中使用epoll

7、异步I/O：构建前摄式(Proactive)网络应用

相关概念：同步I/O和异步I/O、Proactor模式

异步I/O 是如何提高I/O 性能的

异步I/O系列操作

使用异步I/O的机制构建TCP Server

8、高性能网络编程讨论

考究高性能网络编程中应该遵循的原则，讨论并发、同步、事件多路分离等机制的适用场合

网络应用的瓶颈何在

事件多路分离 vs 一连接一线程 (Event demultiplexing vs One thread per connection)

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

如何适当地使用多线程

什么时候需要多个 事件多路分离线程

9、应用层协议定义与实现

为什么要自定义应用层协议

定义应用层协议 (以XMMEP协议为例)

用C++实现自定义的协议 (以XMMEP协议为例)

注：XMMEP为X-Messenger Message Exchanging Protocol

五、时间安排

课程时间：2天，以每天6小时计，具体安排如下：

Day1

1 – POSIX Thread – 多线程

2 – Socket 简介

3 – TCP Socket

4 – UDP Socket

5 – Socket Options和 IP Options

Day2

6 – I/O多路复用：构建反应式(Reactive)网络应用

7 – 异步I/O：构建前摄式(Proactive)网络应用

8 – 高性能网络编程讨论

9 – 应用层协议定义与实现

课程回顾与总结