书籍详情
高性能Linux网络编程核心技术揭秘
作者：朱文伟 李建英
出版社：清华大学出版社
出版时间：2023-08-01
ISBN：9787302641391
定价：¥109.00
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内容简介
《高性能Linux网络编程核心技术揭秘》没有从基本的网络编程知识讲起，而是着眼于当前业界主流的Linux高性能网络编程框架，并以实战案例的形式将相关知识展现出来。本书详细讲解高性能Linux网络编程的常用框架，包括Linux网络自带的基本I/O模型epoll、Intel公司的DPDK、高性能服务器Nginx、高性能事件库libevent，并配套全部示例源码。 本书共分10章，内容包括高性能网络编程概述、Linux基础和网络、搭建Linux网络开发环境、网络服务器设计、基于libevent 的FTP服务器、基于epoll的高并发聊天服务器、高性能服务器Nginx架构解析、DPDK开发环境的搭建、DPDK应用案例实战、基于P2P架构的高性能游戏服务器。 本书既适合Linux高性能网络编程初学者、高性能网络服务器开发人员、高并发游戏服务器开发人员等阅读，也适合作为高等院校计算机网络与通信、计算机网络技术等相关专业的教材。
作者简介
朱文伟，名校计算机专业统招硕士。20多年CC 、Java开发经验，主导开发过密码、图形、人工智能等方向的产品。精通Linux、Windows系统开发及数据库开发技术。著有图书《PyQt 5从入门到精通》《Qt 6.x从入门到精通》《Linux C/C 服务器开发实践》《OpenCV 4.5计算机视觉开发实战：基于Python》《OpenCV 4.5计算机视觉开发实战（基于VC ）》《Linux C与C 一线开发实践》《密码学原理与Java实现》《Visual C 2013从入门到精通》。
目录
第1章 高性能网络编程概述 1
1.1 来自产品经理的压力 1
1.2 网络高性能需求越来越大 4
1.3 高性能网络报文处理的瓶颈 5
1.4 八仙过海各显神通 8
1.5 Linux内核的弊端 8
1.6 什么是DPDK 9
1.7 高性能服务器框架研究 10
1.7.1 C/S模型 10
1.7.2 P2P模型 11
1.7.3 服务器的框架概述 12
1.7.4 高效的事件处理模式 12
1.7.5 高效的并发模式 14
1.7.6 提高服务器性能的方法 15
第2章 Linux基础和网络 17
2.1 Linux启动过程 17
2.2 图形模式与文字模式的切换方式 19
2.3 Linux关机和重启 20
2.4 开机自启动 21
2.5 查看Ubuntu的内核版本 23
2.6 查看Ubuntu操作系统的版本 23
2.7 查看CentOS操作系统的版本 23
2.8 CentOS 7升级glibc 24
2.9 在文件中搜索 24
2.10 Linux配置文件的区别 24
2.11 让/etc/profile文件修改后立即生效 26
2.12 Linux性能优化的常用命令 26
2.13 测试Web服务器性能 28
2.13.1 架设Web服务器Apache 28
2.13.2 Windows下测试Web服务器性能 30
2.13.3 Linux下测试Web服务器性能 32
2.14 Linux中的文件权限 37
2.15 环境变量的获取和设置 38
2.16 解析命令行参数函数 41
2.17 登录桌面到龙芯服务器 42
2.18 远程桌面到银河麒麟 43
2.19 KVM和Qemu的关系 44
2.20 检查系统是否支持虚拟化 45
2.21 在Ubuntu 22中使用KVM虚拟机CentOS 8 45
2.21.1 安装CentOS 8虚拟机 46
2.21.2 虚拟机和宿主机网络通信 46
2.21.3 通过ssh命令登录到虚拟机 47
2.21.4 通过scp命令向虚拟机Linux传送文件 47
2.21.5 让虚拟机识别到PCI设备 48
2.22 在Ubuntu下安装RPM包 51
2.23 在CentOS中使用KVM虚拟机Ubuntu 22 51
2.23.1 通过图形化终端使用Ubuntu 22 51
2.23.2 通过远程桌面方式使用Ubuntu 22 52
2.23.3 自定义路径安装KVM虚拟机 53
2.23.4 让虚拟机识别到PCI设备 57
2.24 银河麒麟系统中使用虚拟机 58
2.25 网络通信与报文处理 60
2.26 Linux内核的报文处理机制 61
2.26.1 Linux协议栈 61
2.26.2 NAPI技术 62
2.26.3 高性能网卡及网卡多队列技术 62
2.26.4 RPS/RFS技术 63
2.26.5 Linux套接字报文采集 63
2.27 PF_RING高性能报文处理框架 64
2.27.1 PF_RING简介 64
2.27.2 PF_RING非零复制库 64
2.27.3 PF_RING零复制库 66
2.28 DPDK高性能报文处理框架 67
2.28.1 DPDK及其技术优点 67
2.28.2 DPDK库组件 68
2.28.3 PF_RING ZC与DPDK优化技术对比 69
第3章 搭建Linux网络开发环境 70
3.1 准备虚拟机环境 70
3.1.1 在VMware下安装Linux 70
3.1.2 开启登录时的root账号 73
3.1.3 解决Ubuntu上的vi方向键问题 75
3.1.4 关闭防火墙 75
3.1.5 配置安装源 76
3.1.6 安装网络工具包 77
3.1.7 安装基本开发工具 77
3.1.8 启用SSH 77
3.1.9 做个快照 79
3.1.10 连接虚拟机Linux 79
3.1.11 和虚拟机互传文件 93
3.2 搭建Linux下的C/C 开发环境 94
3.3 搭建Windows下的Linux C/C 开发环境 95
3.3.1 Windows下非集成式的Linux C/C 开发环境 95
3.3.2 Windows下集成式的Linux C/C 开发环境 99
第4章 网络服务器设计 103
4.1 I/O模型 104
4.1.1 基本概念 104
4.1.2 同步和异步 104
4.1.3 阻塞和非阻塞 106
4.1.4 同步异步和阻塞非阻塞的关系 108
4.1.5 为什么要采用socket I/O模型 109
4.1.6 （同步）阻塞I/O模型 109
4.1.7 （同步）非阻塞式I/O模型 110
4.1.8 （同步）I/O多路复用模型 111
4.1.9 （同步）信号驱动式I/O模型 112
4.1.10 异步I/O模型 112
4.1.11 五种I/O模型的比较 113
4.2 单进程循环服务器 114
4.2.1 UDP循环服务器 114
4.2.2 TCP循环服务器 118
4.3 多进程并发服务器 121
4.3.1 多进程并发服务器的分类 121
4.3.2 fork函数的使用 122
4.4 多线程并发服务器 127
4.5 I/O多路复用的服务器 131
4.5.1 使用场景 132
4.5.2 基于select的服务器 132
4.5.3 基于poll的服务器 140
4.5.4 基于epoll的服务器 147
第5章 基于libevent的FTP服务器 156
5.1 Reactor模式 156
5.1.1 Reactor模式的优点 157
5.1.2 Reactor模式框架 157
5.1.3 Reactor事件处理流程 159
5.2 使用libevent的基本流程 159
5.3 下载和编译libevent 161
5.4 FTP概述 163
5.4.1 FTP的工作原理 163
5.4.2 FTP的传输方式 163
5.4.3 FTP的工作方式 164
5.4.4 FTP命令 165
5.4.5 FTP应答码 167
5.5 开发FTP服务器 169
5.6 开发FTP客户端 175
5.6.1 客户端需求分析 175
5.6.2 概要设计 176
5.6.3 客户端工作流程设计 176
5.6.4 实现主界面 176
5.6.5 实现登录界面 180
5.6.6 实现登录后的操作界面 180
5.6.7 运行结果 186
第6章 基于epoll的高并发聊天服务器 189
6.1 系统平台的选择 189
6.1.1 应用系统平台模式的选择 189
6.1.2 C/S模式介绍 190
6.1.3 数据库系统的选择 191
6.2 系统需求分析 191
6.3 系统总体设计 193
6.4 即时通信系统的实施原理 194
6.4.1 IM的工作方式 194
6.4.2 IM的基本技术原理 194
6.4.3 IM的通信方式 195
6.5 功能模块划分 195
6.5.1 模块划分 195
6.5.2 服务器端功能 196
6.5.3 客户端功能 196
6.5.4 服务器端多线程 197
6.5.5 客户端的循环等待 197
6.6 数据库设计 197
6.6.1 准备MySQL环境 198
6.6.2 登录MySQL 200
6.6.3 Linux下的MySQL的C编程 203
6.6.4 聊天系统数据库设计 208
6.7 服务器端设计 210
6.7.1 使用epoll模型 210
6.7.2 详细设计 210
6.8 客户端设计 218
第7章 高性能服务器Nginx架构解析 226
7.1 什么是Nginx 226
7.2 Nginx的下载和安装 227
7.3 为何要研究Nginx 228
7.4 Nginx概述 230
7.5 Nginx服务器设计原则 231
7.6 整体架构研究 233
7.6.1 模块化设计体系 233
7.6.2 事件驱动模型 234
7.6.3 进程模型 236
7.6.4 内存池设计 237
7.7 Nginx重要的数据结构 238
7.7.1 ngx_str_t数据结构 238
7.7.2 ngx_array_t数据结构 239
7.7.3 ngx_pool_t数据结构 240
7.8 反向代理和负载均衡 241
7.8.1 Nginx反向代理功能 241
7.8.2 负载均衡的配置 242
7.9 信号机制 243
7.9.1 启动Nginx 243
7.9.2 进程管理 244
7.10 HTTP框架解析 246
7.10.1 HTTP框架工作流程 246
7.10.2 处理引擎 248
7.10.3 过滤引擎 249
7.11 upstream机制的实现 249
第8章 DPDK开发环境的搭建 253
8.1 检查装备 253
8.1.1 基本硬件要求 253
8.1.2 操作系统要求 253
8.1.3 编译DPDK的要求 254
8.1.4 运行DPDK应用程序的要求 254
8.2 虚拟机下编译安装DPDK20 255
8.2.1 为何要配置硬件 255
8.2.2 配置CPU 255
8.2.3 配置内存 256
8.2.4 添加网卡 257
8.2.5 安装和使用Meson 258
8.2.6 下载并解压DPDK 261
8.2.7 配置构建、编译和安装 261
8.2.8 第一个基于DPDK20的DPDK程序 264
8.2.9 大页内存及其设置 267
8.2.10 绑定网卡 276
8.2.11 实现一个稍复杂的命令行工具 282
8.3 虚拟机下命令方式建立DPDK19环境 293
8.4 虚拟机下脚本方式建立DPDK19环境 295
8.5 在CentOS 7.6下建立DPDK19环境 302
8.6 在CentOS 8.2下建立DPDK20环境 313
8.6.1 搭建Meson Ninja环境 313
8.6.2 基于Meson建立DPDK20环境 315
8.6.3 单步调试DPDK20程序 318
8.6.4 make命令开发DPDK20程序 321
8.7 在国产操作系统下搭建基于万兆网卡的DPDK20环境 326
8.7.1 CentOS 8验证万兆网卡 327
8.7.2 DPDK适配PC国产系统 329
8.7.3 DPDK适配兆芯服务器 332
8.7.4 DPDK适配飞腾服务器 334
第9章 DPDK应用案例实战 337
9.1 实战1：测试两个网口之间的收发 337
9.1.1 搞清楚网卡、网口和端口 337
9.1.2 testpmd简介 338
9.1.3 testpmd的转发模式 338
9.1.4 案例中的使用场景 339
9.1.5 搭建DPDK案例环境 339
9.1.6 运行测试工具 342
9.1.7 testpmd的其他选项 346
9.2 实战2：接收来自Windows的网络包并统计 347
9.2.1 什么是二层转发 347
9.2.2 程序的主要流程 348
9.2.3 主函数实现 348
9.2.4 任务分发的实现 354
9.2.5 程序参数的解析实现 357
9.2.6 转发的实现 358
9.2.7 信号的处理 359
9.2.8 搭建DPDK案例环境 359
9.2.9 编写Makefile并编译 359
9.2.10 在Windows上部署环境 361
9.2.11 运行程序 363
第10章 基于P2P架构的高性能游戏服务器 365
10.1 网络游戏服务器发展现状 366
10.2 现有网络游戏服务器架构 367
10.2.1 Client/Server架构 367
10.2.2 游戏大厅代理架构 368
10.2.3 P2P架构 368
10.3 P2P网络游戏技术分析 369
10.4 网络游戏的同步机制 370
10.4.1 事件一致性 371
10.4.2 时间同步 371
10.5 总体设计 372
10.5.1 服务器系统架构模型 372
10.5.2 传输层协议的选择 374
10.5.3 协议包设计 375
10.6 数据库设计 377
10.7 服务器详细设计和实现 377
10.8 客户端详细设计和实现 386
10.8.1 棋盘类CTable 387
10.8.2 游戏模式类CGame 389
10.8.3 消息机制 391
10.8.4 游戏算法 394
1.1 来自产品经理的压力 1
1.2 网络高性能需求越来越大 4
1.3 高性能网络报文处理的瓶颈 5
1.4 八仙过海各显神通 8
1.5 Linux内核的弊端 8
1.6 什么是DPDK 9
1.7 高性能服务器框架研究 10
1.7.1 C/S模型 10
1.7.2 P2P模型 11
1.7.3 服务器的框架概述 12
1.7.4 高效的事件处理模式 12
1.7.5 高效的并发模式 14
1.7.6 提高服务器性能的方法 15
第2章 Linux基础和网络 17
2.1 Linux启动过程 17
2.2 图形模式与文字模式的切换方式 19
2.3 Linux关机和重启 20
2.4 开机自启动 21
2.5 查看Ubuntu的内核版本 23
2.6 查看Ubuntu操作系统的版本 23
2.7 查看CentOS操作系统的版本 23
2.8 CentOS 7升级glibc 24
2.9 在文件中搜索 24
2.10 Linux配置文件的区别 24
2.11 让/etc/profile文件修改后立即生效 26
2.12 Linux性能优化的常用命令 26
2.13 测试Web服务器性能 28
2.13.1 架设Web服务器Apache 28
2.13.2 Windows下测试Web服务器性能 30
2.13.3 Linux下测试Web服务器性能 32
2.14 Linux中的文件权限 37
2.15 环境变量的获取和设置 38
2.16 解析命令行参数函数 41
2.17 登录桌面到龙芯服务器 42
2.18 远程桌面到银河麒麟 43
2.19 KVM和Qemu的关系 44
2.20 检查系统是否支持虚拟化 45
2.21 在Ubuntu 22中使用KVM虚拟机CentOS 8 45
2.21.1 安装CentOS 8虚拟机 46
2.21.2 虚拟机和宿主机网络通信 46
2.21.3 通过ssh命令登录到虚拟机 47
2.21.4 通过scp命令向虚拟机Linux传送文件 47
2.21.5 让虚拟机识别到PCI设备 48
2.22 在Ubuntu下安装RPM包 51
2.23 在CentOS中使用KVM虚拟机Ubuntu 22 51
2.23.1 通过图形化终端使用Ubuntu 22 51
2.23.2 通过远程桌面方式使用Ubuntu 22 52
2.23.3 自定义路径安装KVM虚拟机 53
2.23.4 让虚拟机识别到PCI设备 57
2.24 银河麒麟系统中使用虚拟机 58
2.25 网络通信与报文处理 60
2.26 Linux内核的报文处理机制 61
2.26.1 Linux协议栈 61
2.26.2 NAPI技术 62
2.26.3 高性能网卡及网卡多队列技术 62
2.26.4 RPS/RFS技术 63
2.26.5 Linux套接字报文采集 63
2.27 PF_RING高性能报文处理框架 64
2.27.1 PF_RING简介 64
2.27.2 PF_RING非零复制库 64
2.27.3 PF_RING零复制库 66
2.28 DPDK高性能报文处理框架 67
2.28.1 DPDK及其技术优点 67
2.28.2 DPDK库组件 68
2.28.3 PF_RING ZC与DPDK优化技术对比 69
第3章 搭建Linux网络开发环境 70
3.1 准备虚拟机环境 70
3.1.1 在VMware下安装Linux 70
3.1.2 开启登录时的root账号 73
3.1.3 解决Ubuntu上的vi方向键问题 75
3.1.4 关闭防火墙 75
3.1.5 配置安装源 76
3.1.6 安装网络工具包 77
3.1.7 安装基本开发工具 77
3.1.8 启用SSH 77
3.1.9 做个快照 79
3.1.10 连接虚拟机Linux 79
3.1.11 和虚拟机互传文件 93
3.2 搭建Linux下的C/C 开发环境 94
3.3 搭建Windows下的Linux C/C 开发环境 95
3.3.1 Windows下非集成式的Linux C/C 开发环境 95
3.3.2 Windows下集成式的Linux C/C 开发环境 99
第4章 网络服务器设计 103
4.1 I/O模型 104
4.1.1 基本概念 104
4.1.2 同步和异步 104
4.1.3 阻塞和非阻塞 106
4.1.4 同步异步和阻塞非阻塞的关系 108
4.1.5 为什么要采用socket I/O模型 109
4.1.6 （同步）阻塞I/O模型 109
4.1.7 （同步）非阻塞式I/O模型 110
4.1.8 （同步）I/O多路复用模型 111
4.1.9 （同步）信号驱动式I/O模型 112
4.1.10 异步I/O模型 112
4.1.11 五种I/O模型的比较 113
4.2 单进程循环服务器 114
4.2.1 UDP循环服务器 114
4.2.2 TCP循环服务器 118
4.3 多进程并发服务器 121
4.3.1 多进程并发服务器的分类 121
4.3.2 fork函数的使用 122
4.4 多线程并发服务器 127
4.5 I/O多路复用的服务器 131
4.5.1 使用场景 132
4.5.2 基于select的服务器 132
4.5.3 基于poll的服务器 140
4.5.4 基于epoll的服务器 147
第5章 基于libevent的FTP服务器 156
5.1 Reactor模式 156
5.1.1 Reactor模式的优点 157
5.1.2 Reactor模式框架 157
5.1.3 Reactor事件处理流程 159
5.2 使用libevent的基本流程 159
5.3 下载和编译libevent 161
5.4 FTP概述 163
5.4.1 FTP的工作原理 163
5.4.2 FTP的传输方式 163
5.4.3 FTP的工作方式 164
5.4.4 FTP命令 165
5.4.5 FTP应答码 167
5.5 开发FTP服务器 169
5.6 开发FTP客户端 175
5.6.1 客户端需求分析 175
5.6.2 概要设计 176
5.6.3 客户端工作流程设计 176
5.6.4 实现主界面 176
5.6.5 实现登录界面 180
5.6.6 实现登录后的操作界面 180
5.6.7 运行结果 186
第6章 基于epoll的高并发聊天服务器 189
6.1 系统平台的选择 189
6.1.1 应用系统平台模式的选择 189
6.1.2 C/S模式介绍 190
6.1.3 数据库系统的选择 191
6.2 系统需求分析 191
6.3 系统总体设计 193
6.4 即时通信系统的实施原理 194
6.4.1 IM的工作方式 194
6.4.2 IM的基本技术原理 194
6.4.3 IM的通信方式 195
6.5 功能模块划分 195
6.5.1 模块划分 195
6.5.2 服务器端功能 196
6.5.3 客户端功能 196
6.5.4 服务器端多线程 197
6.5.5 客户端的循环等待 197
6.6 数据库设计 197
6.6.1 准备MySQL环境 198
6.6.2 登录MySQL 200
6.6.3 Linux下的MySQL的C编程 203
6.6.4 聊天系统数据库设计 208
6.7 服务器端设计 210
6.7.1 使用epoll模型 210
6.7.2 详细设计 210
6.8 客户端设计 218
第7章 高性能服务器Nginx架构解析 226
7.1 什么是Nginx 226
7.2 Nginx的下载和安装 227
7.3 为何要研究Nginx 228
7.4 Nginx概述 230
7.5 Nginx服务器设计原则 231
7.6 整体架构研究 233
7.6.1 模块化设计体系 233
7.6.2 事件驱动模型 234
7.6.3 进程模型 236
7.6.4 内存池设计 237
7.7 Nginx重要的数据结构 238
7.7.1 ngx_str_t数据结构 238
7.7.2 ngx_array_t数据结构 239
7.7.3 ngx_pool_t数据结构 240
7.8 反向代理和负载均衡 241
7.8.1 Nginx反向代理功能 241
7.8.2 负载均衡的配置 242
7.9 信号机制 243
7.9.1 启动Nginx 243
7.9.2 进程管理 244
7.10 HTTP框架解析 246
7.10.1 HTTP框架工作流程 246
7.10.2 处理引擎 248
7.10.3 过滤引擎 249
7.11 upstream机制的实现 249
第8章 DPDK开发环境的搭建 253
8.1 检查装备 253
8.1.1 基本硬件要求 253
8.1.2 操作系统要求 253
8.1.3 编译DPDK的要求 254
8.1.4 运行DPDK应用程序的要求 254
8.2 虚拟机下编译安装DPDK20 255
8.2.1 为何要配置硬件 255
8.2.2 配置CPU 255
8.2.3 配置内存 256
8.2.4 添加网卡 257
8.2.5 安装和使用Meson 258
8.2.6 下载并解压DPDK 261
8.2.7 配置构建、编译和安装 261
8.2.8 第一个基于DPDK20的DPDK程序 264
8.2.9 大页内存及其设置 267
8.2.10 绑定网卡 276
8.2.11 实现一个稍复杂的命令行工具 282
8.3 虚拟机下命令方式建立DPDK19环境 293
8.4 虚拟机下脚本方式建立DPDK19环境 295
8.5 在CentOS 7.6下建立DPDK19环境 302
8.6 在CentOS 8.2下建立DPDK20环境 313
8.6.1 搭建Meson Ninja环境 313
8.6.2 基于Meson建立DPDK20环境 315
8.6.3 单步调试DPDK20程序 318
8.6.4 make命令开发DPDK20程序 321
8.7 在国产操作系统下搭建基于万兆网卡的DPDK20环境 326
8.7.1 CentOS 8验证万兆网卡 327
8.7.2 DPDK适配PC国产系统 329
8.7.3 DPDK适配兆芯服务器 332
8.7.4 DPDK适配飞腾服务器 334
第9章 DPDK应用案例实战 337
9.1 实战1：测试两个网口之间的收发 337
9.1.1 搞清楚网卡、网口和端口 337
9.1.2 testpmd简介 338
9.1.3 testpmd的转发模式 338
9.1.4 案例中的使用场景 339
9.1.5 搭建DPDK案例环境 339
9.1.6 运行测试工具 342
9.1.7 testpmd的其他选项 346
9.2 实战2：接收来自Windows的网络包并统计 347
9.2.1 什么是二层转发 347
9.2.2 程序的主要流程 348
9.2.3 主函数实现 348
9.2.4 任务分发的实现 354
9.2.5 程序参数的解析实现 357
9.2.6 转发的实现 358
9.2.7 信号的处理 359
9.2.8 搭建DPDK案例环境 359
9.2.9 编写Makefile并编译 359
9.2.10 在Windows上部署环境 361
9.2.11 运行程序 363
第10章 基于P2P架构的高性能游戏服务器 365
10.1 网络游戏服务器发展现状 366
10.2 现有网络游戏服务器架构 367
10.2.1 Client/Server架构 367
10.2.2 游戏大厅代理架构 368
10.2.3 P2P架构 368
10.3 P2P网络游戏技术分析 369
10.4 网络游戏的同步机制 370
10.4.1 事件一致性 371
10.4.2 时间同步 371
10.5 总体设计 372
10.5.1 服务器系统架构模型 372
10.5.2 传输层协议的选择 374
10.5.3 协议包设计 375
10.6 数据库设计 377
10.7 服务器详细设计和实现 377
10.8 客户端详细设计和实现 386
10.8.1 棋盘类CTable 387
10.8.2 游戏模式类CGame 389
10.8.3 消息机制 391
10.8.4 游戏算法 394
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