Linux高性能网络编程的介绍
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