高速伺服器應用開發：Linux上使用C/C++ pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱文偉

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图书简介：《高速伺服器應用開發：Linux上使用C/C++》 本书聚焦于构建高性能、高并发的服务器应用程序，深入探索现代Linux操作系统环境下的网络编程、多线程与多进程技术，以及优化服务器性能的关键策略。 在当今对响应速度和承载能力有着严苛要求的互联网应用领域，开发高效稳定的服务器软件是每位系统工程师和后端开发者的核心技能。本书旨在提供一套系统化、实战导向的学习路径，帮助读者从底层原理出发，精通如何使用C和C++语言在Linux平台上设计、实现并调优那些能够处理海量并发连接的应用程序。 第一部分：Linux网络编程基础与Socket API精通 本部分奠定高性能网络服务开发的基础。我们不会仅仅停留在教科书式的API调用上，而是深入探讨TCP/IP协议栈在Linux内核中的实现细节，以及这些细节如何影响我们的程序设计。 1.1 深入理解TCP/IP与网络协议栈： 我们将剖析三次握手、四次挥手背后的状态机机制，探讨拥塞控制算法（如CUBIC）对延迟和吞吐量的影响。重点分析Socket选项（如`SO_REUSEADDR`, `SO_KEEPALIVE`）的实际效果，以及如何利用这些选项来构建更健壮的服务。 1.2 Socket编程的精细化控制： 本书详细讲解了阻塞（Blocking）与非阻塞（Non-blocking）Socket的编程模型。通过源码级别的分析，展示如何使用`select`, `poll`, 以及更现代的`epoll`系统调用来管理成千上万的并发连接。尤其对`epoll`的边缘触发（Edge-Triggered）与水平触发（Level-Triggered）模式进行对比和实战演练，阐明在不同负载场景下选择最佳模式的考量。 1.3 协议实现与数据序列化： 除了标准的TCP/UDP通信，我们还将涉及如何设计和实现自定义的二进制协议。这包括高效的数据打包与解包技术，以及跨平台（如大端序与小端序转换）的数据表示处理。我们将探讨Google Protocol Buffers（Protobuf）等现代序列化框架在性能和互操作性方面的优势与取舍。 第二部分：并发模型与多核优化策略 服务器性能的瓶颈往往在于并发处理机制。本部分将系统性地介绍和对比几种主流的并发模型，并侧重于C/C++在线程管理和同步机制上的最佳实践。 2.1 进程、线程与混合模型： 深入对比进程模型（如经典的`Inetd`模式）、多线程模型（Pthreads）以及混合模型（如主事件循环+工作线程池）。分析每种模型的资源消耗、上下文切换开销和缓存友好性。 2.2 C++并发编程进阶： 利用C++11/14/17引入的并发特性，如`std::thread`, `std::mutex`, `std::condition_variable`，构建健壮的同步机制。我们将重点解决死锁、活锁和竞态条件等经典并发问题，并引入无锁（Lock-Free）数据结构的原理和实现，例如使用原子操作（Atomic Operations）来设计高性能的队列和栈。 2.3 内存模型与缓存一致性： 理解x86/ARM架构下的内存模型至关重要。本书将解释C++内存模型中的`volatile`与`std::memory_order`（如`relaxed`, `acquire`, `release`, `seq_cst`）的实际意义，帮助开发者编写出不受编译器优化和硬件乱序执行影响的高性能并发代码。这直接关系到数据在多核CPU缓存之间同步的效率。 第三部分：高性能I/O与零拷贝技术 磁盘I/O和网络I/O是服务器性能的另一大挑战。本部分着眼于如何绕过或最小化数据在用户空间和内核空间之间不必要的拷贝，以提升数据传输速率。 3.1 异步I/O（AIO）的实践： 讲解Linux内核中`io_uring`（作为现代AIO的首选）和传统`libaio`的编程接口。通过实例展示如何将耗时的同步I/O操作转化为异步操作，从而解放CPU资源，专注于处理更多的网络请求。 3.2 零拷贝（Zero-Copy）机制的实现： 系统分析`sendfile()`, `splice()`, 和`vmsplice()`系统调用的工作原理。重点在于如何配置服务器应用（如文件服务器或代理服务）以最大限度地利用零拷贝技术，显著减少CPU开销和系统调用的次数。 第四部分：性能分析、调试与稳定性保障 开发出高性能应用后，验证和持续优化是必不可少的环节。 4.1 性能度量与剖析工具： 掌握使用Linux系统自带的强大工具集。详细介绍`perf`工具进行事件采样和火焰图（Flame Graph）生成，以精确定位CPU热点。使用`gprof`/`Valgrind`（特别是Callgrind和Massif工具）进行函数级别的耗时分析和内存剖析。 4.2 信号处理与服务优雅关闭： 服务器必须能够“优雅”地响应外部事件，如收到`SIGINT`或`SIGTERM`时，应能完成正在处理的请求后安全退出。本章提供健壮的信号处理框架设计，确保服务重启或停机时的平稳过渡。 4.3 内存管理与资源泄漏检测： 深入探讨C/C++的内存分配器（如`malloc`/`free`及其在多线程环境下的实现）对性能的影响。教授如何使用AddressSanitizer (ASan) 和 LeakSanitizer (LSan) 在开发阶段捕获内存错误，构建长期稳定的服务。 本书的特点： 代码驱动： 所有理论讲解都伴随有经过精心设计的、可编译运行的C/C++示例代码。 Linux原生： 深度绑定Linux内核API和系统调用，避免过度依赖第三方库，直击性能核心。 实战视角： 内容组织紧密围绕实际生产环境中遇到的并发、延迟和吞吐量挑战展开。 目标读者： 具备C/C++语言基础，熟悉Linux基本操作，致力于构建高并发网络服务（如Web服务器、游戏后端、消息队列、高性能API网关等）的软件工程师和系统架构师。学习完本书，读者将能够独立设计和实现面向千万级连接的网络应用。