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。