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Linux高級I/O機制

系統 2137 0

Linux高級I/O機制

Linux高級I/O機制

一、課程目標

I/O常常是現代應用程序的性能瓶頸,為突破這個瓶頸,現代操作系統不斷推出新的I/O機制,使高性能的I/O編程變成可能。本次課程將討論Linux下幾種高性能I/O的機制,這些功能都是基于成熟的系統調用,通過本次課程的學習,學員將掌握以下內容:

  • 傳統File I/O;
  • 散/聚 I/O (Scatter/Gather I/O);
  • 阻塞式和非阻塞式I/O;
  • I/O多路復用;
  • select() ,? poll();
  • Event poll (epoll);
  • 異步I/O;
  • 運用I/O多路復用機制和異步I/O機制提高網絡應用的并發響應和性能。

二、參訓要求

參加本次課程的學員須具備以下能力:

  • 本次課程使用 C語言 教學,所以學員需擁有較好的C語言基礎;
  • 能熟練使用常用的Linux命令;
  • 由于本次課程涉及socket編程,所以學員需有Linux下socket編程的經歷;
  • 能熟練使用gcc、gdb、熟練撰寫makefile;
  • 最好熟練使用vi、emacs等文本編輯器其中的一種。

三、課程實踐環境

  • 學員自備電腦
  • 操作系統:GNU/Linux 2.6+(建議使用Redhat AS 5+或Ubuntu、Fedora)
  • 編譯器:GCC v4.1+、GDB v7.0+
  • 可選IDE:Eclipse CDT

四、課程大綱

本次課程由以下幾個部分構成:

1、預備知識

  • 理解:UNIX下一切皆文件
  • I/O的實質和I/O的步驟

2、文件I/O

  • Linux I/O系統調用與C標準庫stdio的比較
  • I/O系統調用: open(), close(), read(), write()
  • 控制I/O的Buffer
  • 讀寫指針的定位:lseek()
  • I/O控制:ioctl()
  • 原子操作和數據競態
  • 文件控制: fcntl()
  • 文件打開的狀態標志(status flags)
  • 文件描述符
  • 復制文件描述符 (dup(), dup2())


3、散/聚I/O
(Scatter/Gather I/O)

  • 什么是散/聚 I/O,為什么需要散/聚 I/O
  • 系統調用:readv(), writev()


4、I/O多路復用
(I/O Multiplexing)

  • 什么是I/O多路復用
  • I/O多路復用和多線程并發處理I/O的區別
  • select(), poll():傳統的UNIX I/O多路復用機制

    ?

    • select(), pselect()
    • poll(), ppoll()
  • Epoll:Linux系統新的I/O多路復用機制

    ?

    • Event poll介紹
    • 創建epoll實例
    • 控制epoll
    • 等待I/O事件
    • epoll的兩種觸發方式:水平觸發(level-triggered)、邊緣觸發(edge-triggered)

5、異步I/O

  • 關于同步I/O:阻塞式I/O和非阻塞式I/O
  • 什么異步I/O
  • 理解同步I/O和異步I/O的差別
  • 異步I/O重要數據結構:異步I/O控制塊--struct aiocb
  • 異步讀、寫操作:aio_read(), aio_write()
  • 檢查異步操作的結果:aio_error(), aio_return()
  • 取消異步操作:aio_cancel()
  • 異步文件同步:aio_fsync()

6、使用高性能I/O機制提高網絡服務端應用的性能

  • 為什么傳統的I/O機制會導致服務端應用的性能瓶頸
  • 使用select()和poll()實現ACE中的Reactor模式
  • 使用epoll實現ACE中的Reactor模式
  • 在網絡應用中使用異步I/O機制:模擬ACE中Proactor模式和框架
  • 實例演示,區別傳統I/O機制和高性能I/O機制對于服務端應用的重要性

五、時間安排

課程時間:2天,以每天6小時計,具體安排如下:

  • Day1

    ?

    • 1 - 預備知識
    • 2 - 文件I/O
    • 3 - 散/聚 I/O
    • 4 - I/O多路復用
  • Day2

    ?

    • 5 - 異步I/O
    • 6 - 高性能I/O機制和網絡服務端應用

六、課程資源

????? 可獲取的課程資源見: 教學資源

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