Linux高性能网络编程

Linux高性能网络编程

 

 

2011-08-20 14:10

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
    
  
  
  
  

六、课程资源

      可获取的课程资源见：
教学资源
。

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