Linux高級I/O機制

Linux高級I/O機制

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2011-08-20 14:11

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

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

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  • 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

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

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  • 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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