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出版者:电子工业出版社

作者:(美)Randy Abernethy

出品人:

页数:533

译者:

出版时间:2000-1

价格:80.00元

装帧:

isbn号码:9787505355873

丛书系列:

图书标签:

• COM
• DCOM
• Windows
• 组件
• 分布式系统
• 进程间通信
• 微软技术
• 开发
• 编程
• 架构
• 底层原理

《高性能网络编程与实践》 内容提要： 本书深入剖析了现代高性能网络编程的核心概念、关键技术与最佳实践。面向网络工程师、系统架构师以及希望提升应用网络性能的资深开发者，本书旨在提供一套全面、实用的知识体系，以应对当前复杂多变的网络环境对性能的严苛要求。全书结构严谨，理论与实践紧密结合，辅以大量经典案例和源码分析，确保读者能够真正掌握构建高吞吐、低延迟网络应用的能力。 第一部分：网络协议栈的深度剖析 本部分将带领读者穿透操作系统的抽象层，直达网络协议栈的底层实现。我们不会止步于TCP/IP模型的理论描述，而是深入探讨内核中数据包的实际处理流程。 TCP/IP协议栈的内核实现： 详细解析Linux内核中Socket缓冲区（sk_buff结构）的生命周期管理，包括数据包的接收路径（NAPI机制）和发送路径。重点分析软中断与硬中断在网络处理中的角色与性能影响，并介绍RPS/RFS（Receive Packet Steering/Flow Steering）等负载均衡技术如何优化多核环境下的中断处理。 TCP拥塞控制算法的演进与调优： 深入研究经典算法（如Reno、CUBIC）的数学模型，并重点阐述当前主流的BBR（Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time）算法。通过对比不同算法在丢包环境和高延迟环境下的表现，指导读者如何根据实际网络拓扑选择或定制最适合的拥塞控制策略。探讨FCT（Flow Completion Time）优化目标下的参数调优。 UDP的性能挖掘与可靠性增强： 尽管UDP本身无连接，但在特定场景如实时音视频、在线游戏或高性能数据库复制中，其性能潜力巨大。本章将介绍如何利用应用层逻辑实现QUIC协议的基础特性，包括FEC（前向纠错）、应用层可靠传输机制（如SRT协议的借鉴），以及如何规避网络设备中的UDP“黑洞”问题。 第二部分：零拷贝与内核绕行技术 现代高性能网络的核心挑战之一是如何减少CPU在数据传输过程中不必要的上下文切换和数据拷贝。本部分专注于介绍和实践这些关键优化技术。 零拷贝技术的全面解析： 深入讲解sendfile()、splice()和vmsplice()系统调用。通过分析它们如何利用DMA（直接内存访问）和页缓存，实现用户空间与内核空间之间的数据无拷贝传输。重点对比传统read/write循环与零拷贝方案在IOPS和延迟上的量化差异。 用户态网络栈（Userspace Networking）： 详细介绍DPDK（Data Plane Development Kit）框架的架构，包括其核心的PMD（Poll Mode Driver）机制如何完全绕过内核中断，实现极低延迟的数据包处理。实践案例将涵盖如何使用DPDK构建一个高吞吐量的L2/L3转发器，并探讨其在NUMA架构下的内存对齐优化。 eBPF在网络监控与加速中的应用： 探讨eBPF（扩展的伯克利数据包过滤器）作为一种安全且高效的内核可编程技术，如何在网络路径上实时监控、修改甚至重定向数据包。介绍XDP（eXpress Data Path）如何将数据包处理推迟到驱动层，实现极致的包处理速率。 第三部分：异步I/O模型与并发编程范式 高效的网络服务必须依赖高效的并发模型来管理数以万计的并发连接。本部分聚焦于成熟的事件驱动模型和新型的异步编程技术。 Reactor模式的深入实践： 详细解析基于epoll（Linux）或kqueue（FreeBSD/macOS）的单线程/多线程Reactor架构。对比Proactor模型（如Windows IOCP），分析Reactor在连接数伸缩性（C10K/C10M问题）上的优势。我们将构建一个高性能的TCP服务器框架，演示如何通过事件注册、分发和回调实现非阻塞I/O。 协程与用户级线程： 探讨Go语言的Goroutine、Rust的async/await以及基于Ucontext的传统协程库，如何提供比传统操作系统线程更轻量级的并发管理。重点分析`io_uring`框架如何与现代异步模型结合，实现真正的异步I/O，显著减少系统调用开销。 线程池设计与负载均衡： 讨论固定线程池、工作窃取（Work Stealing）线程池的设计原则。如何根据CPU核心数、I/O密集度或计算密集度来确定最佳的线程配置，并介绍如何使用一致性哈希等技术在线程间均匀分配网络负载，避免热点线程。 第四部分：应用层协议优化与序列化技术 网络传输效率的瓶颈往往转移到应用层协议的解析和数据序列化上。 HTTP/2与HTTP/3（QUIC）的性能对比： 深入解析HTTP/2的流（Stream）、多路复用和头部压缩（HPACK）机制。随后，重点介绍基于UDP的HTTP/3协议，探讨其如何通过消除队头阻塞（HOL Blocking）和原生集成TLS 1.3来提升移动和不稳定网络下的用户体验。 高效数据序列化技术选型： 对比JSON、XML、Protocol Buffers（Protobuf）、FlatBuffers和Cap'n Proto等主流序列化方案的性能指标（编码速度、解码速度和数据体积）。指导读者根据应用场景（如内部RPC vs.对外部API）做出最优选择，并提供Protobuf在跨语言通信中的最佳实践。 内存管理对网络性能的影响： 探讨内存分配器（如jemalloc, tcmalloc）在处理大量短期、小对象的网络请求时的效率。介绍如何利用内存池（Memory Pooling）技术减少碎片化和系统调用开销，从而稳定网络的尾部延迟（Tail Latency）。 第五部分：网络服务的高级运维与故障排查 构建高性能系统离不开强大的观测和故障定位能力。 网络性能监控指标体系： 定义并量化关键指标，如延迟分布（p95, p99）、吞吐量、错误率、系统调用频率和缓存命中率。介绍如何利用Prometheus/Grafana等工具采集和可视化这些指标。 网络调试与诊断工具链： 熟练使用`tcpdump`/`wireshark`进行深度包捕获分析。掌握`ss`/`netstat`的高级选项，以及`perf`工具对内核网络代码的采样分析，快速定位系统调用耗时、上下文切换瓶颈。 DDoS防御与限流实践： 介绍基于速率限制（Rate Limiting）和连接追踪的防御策略。讨论如何结合硬件（如FPGA/SmartNIC）与软件（如eBPF）实现高效的连接速率控制，保护服务可用性。 本书不仅是理论的讲解，更是一本实战手册。通过对每一个关键技术的深入剖析和代码层面的验证，确保读者能够构建出真正具备工业级高可用、高性能特性的网络服务。

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