C++学习路线

1 精进基石专栏

1.1 数据结构与算法

1.1.1 面试必聊的排序与KMP

• 插入排序
• 插入排序
• 快速排序
• 希尔排序
• 桶排序
• 基数排序
• 归并排序
• 字符串匹配KMP算法

1.1.2 随处可见的红黑树

• 红黑树的应用场景进程调度cfs
• 内存管理红黑树的数学证明与推导
• 手撕红黑树的左旋与右旋
• 红黑树添加的实现与添加三种情况的证明
• 红黑树删除的实现与删除四种情况的证明
• 红黑树的线程安全的做法
• 分析红黑树工程实用的特点

1.1.3 磁盘存储链式的B树与B+树

• 磁盘结构分析与数据存储原理
• 多叉树的运用以及B树的定义
• 证明B树插入的两种分裂
• B树删除的前后借位与节点合并
• 手撕B树的插入，删除，遍历，查找
• B+树的定义与实现
• B+树叶子节点的前后指针
• B+树的应用场景与实用特点
• B+树的线程安全做法

1.1.4 海量数据去重的Hash与布隆过滤器，bitmap

• hash的原理与hash函数的实现
• hash的应用场景
• 分布式hash的实现原理
• 海量数据去重布隆过滤器
• 布隆过滤的数学推导与证明

1.1.5 图论算法，dijkstra，dfs，bfs，动态规划

• 图的构建与需求应用场景
• dijkstra的实现
• 经典动态规划问题

1.2 设计模式

1.2.1 创建型设计模式

• 单例模式
• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式
• 原型模式

1.2.2 单例模式

• 适配器模式
• 代理模式
• 桥接模式
• 组合模式

1.2.3 行为型设计模式

• 策略模式
• 观察者模式
• 责任链模式
• 状态模式

1.3 工程管理

1.3.1 手写: Makefile/cmake/configure

• Makefile的规则与make的工作原理
• 单文件编译与多文件编译
• Makefile的参数传递
• 多目录文件夹递归编译与嵌套执行make
• Makefile的通配符，伪目标，文件搜索
• Makefile的操作函数与特殊语法
• configure生成makefile的原则
• cmake的写法

1.3.2 操作:git/svn与持续集成

• git的工作流程
• 创建操作与基本操作
• 分支管理，查看提交历史
• git服务器搭建

1.3.3 linux系统运行时参数命令

• 进程间通信设施状态 ipcs
• Linux系统运行时长 uptime
• CPU平均负载和磁盘活动iostat
• 监控，收集和汇报系统活动sar
• 监控多处理器使用情况mpstat
• 监控进程的内存使用情况pmap
• 系统管理员调优和基准测量工具 nmon
• 密切关注Linux系统 glances
• 查看系统调用strace
• ftp服务器基本信息 ftptop
• IO监控iotop
• 电量消耗和电源管理powertop
• 监控mysql 的线程和性能 mytop
• 系统运行参数分析htop/top/atop
• Linux网络统计监控工具 netstat
• 显示和修改网络接口控制器ethtool
• 网络数据包分析利刃tcpdump
• 远程登陆服务的标准协议 telnet
• 获取实时网络统计信息 iptraf
• 显示主机上网络接口带宽使用情况iftop

2 高性能网络设计专栏

2.1 网络编程

2.1.1 项目:网络io与select，poll, epoll

• socket与文件描述符的关联
• sigio的异步通知
• 多路复用select/poll
• 手撕epoll单线程，多线程，多进程的多种写法
• 代码实现LT/ET的区别

2.1.2 项目: reactor的原理与实现

• reactor针对业务实现的优点
• epoll封装send_cb/recv_cb/accept_cb
• reactor多核实现
• 跨平台(select/epoll/kqueue)的封装reactor

2.1.3 项目: http/https服务器的实现

• reactor sendbuffer与recvbuffer封装http协议
• http协议格式
• http2.0与http3.0
• 有限状态机fsm解析http
• https的工作流程
• https证书配置

2.1.4 项目: websocket协议与服务器实现

• reactor sendbuffer与recvbuffer封装websocket协议
• websocket握手流程
• websocket协议头封装
• tcp分包与粘包的解决方案
• websocket数据流的编解码

2.2 网络原理

2.2.1 项目:服务器百万并发实现

• 同步处理与异步处理的数据差异
• 网络io线程池异步处理
• ulimit的fd的百万级别支持
• sysctl.conf的rmem与wmem的调优
• conntrack的原理分析

2.2.2 redis， memcached，nginx网络组件

• redis单线程reactor的实现
• memcached的多线程master-worker的reactor实现
• nginx的多进程reactor的实现
• 多进程reactor的坑点，惊群，共享内存

2.2.3 posix API与网络协议栈

• connect，,listen,accept与三次握手
• listen参数backlog
• syn泛洪的解决方案
• close与四次挥手
• 11个状态迁移
• 大量close_wait与time_wait的原因与解决方案
• tcp keepalive与应用层心跳包
• 拥塞控制与滑动窗口

2.2.4 udp的可靠传输，QUIc，KCP

• udp的优缺点
• udp高并发的设计方案
• qq早期为什么选择udp作为通信协议
• udp可靠传输原理
• quic协议的设计原理
• quic的开源方案quiche
• kcp的设计方案与算法原理

2.3 自研框架:协程框架实现NtyCo

2.3.1 协程的设计原理与切换汇编实现

• 协程存在的3个原因
• 同步与异步性能，服务端异步处理，客户端异步请求
• 协程原语 switch, resume, yield,
• 一协程切换的三种实现方式，setjmp/longjmp，ucontext，汇编实现
• 汇编实现寄存器讲解
• 协程初始启动eip寄存器设置
• 协程栈空间定义，独立栈与共享栈的做法
• 协程结构体定义

2.3.2 协程的调度器实现与性能测试

• 调度器的定义分析
• 超时集合，就绪队列，io等待集合的实现
• 协程调度的执行流程
• 协程接口实现，异步流程实现
• hook钩子的实现
• 协程实现mysql请求
• 协程多核方案分析
• 协程性能测试

2.4 自研框架:用户态协议栈NtyTCP

2.4.1 tcp/ip设计

• 用户态协议栈的存在场景与实现原理
• netmap开源框架
• eth协议，ip协议，udp协议实现
• arp协议实现
• icmp协议实现

2.4.2 tcp/ip定时器与滑动窗口的实现

• tcp协议头实现
• tcp控制块的实现滑动窗口的实现
• 重传定时器，坚持定时器，time_wait定时器，keepalive定时器

2.4.3 Epoll的实现

• epoll数据结构封装与线程安全实现
• 协议栈fd就绪回调实现
• epoll接口实现
• LT/ET的实现

3 基础组件实现专栏

3.1 池式组件

3.1.1 手写线程池与性能分析

• 线程池的异步处理使用场景
• 线程池的组成任务队列执行队列
• 任务回调与条件等待
• 线程池的动态防缩
• 扩展:nginx线程池实现对比分析

3.1.2 ringbuffer与内存池实现

• 内存池的应用场景与性能分析
• 内存小块分配与管理
• 手写内存池，结构体封装与API实现
• 避免内存泄漏的两种万能方法
• 定位内存泄漏的3种工具
• 扩展:nginx内存池实现

3.1.3 异步请求池 http/mysql/redis/dns

• 异步请求处理流程
• King式四元组，create, comm it, callback,destory
• 异步请求框架封装
• 应用协议redis/dns/http请求封装

3.1.4 mysql/redis连接池的实现

• 连接池性能的影响的2个因素，tcp连接和mysql认证
• 连接请求归还策略
• 连接超时未归还策略
• 链接断开重连策略
• 连接数量最优策略

3.2 高性能组件

3.2.1 原子操作CAS与锁实现原理实现

• 互斥锁的使用场景与原理
• 自旋锁的性能分析
• 原子操作的汇编实现

3.2.2 消息队列与无锁实现

• 有锁无锁队列性能
• 内存屏障Barrier
• 数组无锁队列设计实现
• 链表无锁队列设计实现

3.2.3 定时器方案红黑树时间轮最小堆

• 定时器的使用场景
• 定时器的红黑树存储
• 时间轮的实现
• 最小堆的实现
• 分布式定时器的实现

3.2.4 try/ catch组件的实现

• setjmp/longjmp
• try/catch宏定义实现
• try/catch嵌套
• try/catch线程安全
• 线程私有数据pthread_key

3.3 开源组件

3.3.1 libevent/libev框架实战的那些坑

• 服务端reactor事件封装
• libevent接口分析event_base_new,event_add，event_del,event_base_loop
• memcached网络模块分析
• libev的主要数据结构EV_WATCH，EV_WATCH_LIST
• libevent与libev性能对比

3.3.2 异步日志方案log4cpp

• 日志库性能瓶颈分析
• 异步日志库设计与实现
• 批量写入与双缓存冲机制
• 奔溃后的日志找回

3.3.3 应用层协议设计ProtoBuf/Thrift

• lM，云平台,nginx，http， redis协议设计
• 如何保证消息完整性
• 手撕protobuf IM通信协议
• protobuf序列化与反序列化
• protobuf编码原理

3.3.4 Openssl对称加密与非对称加密

• 对称加密与非对称加密
• hash的数据结构与使用
• 内存分配与管理
• 抽象l0 BI0的具体实现
• base64编码的原理
• RSA的使用场景与数学证明
• https证书操作与原理分析

3.3.5 Json数据解析/Xml解析器和工具包

• cjson,jsoncpp, repidjson接口应用
• json序列化和反序列化
• TinyXML2接口应用
• XML序列化和反序列化
• XML/json不同应用场景

3.3.6 字符编码Unicode原理及编程实践

• 字符集与字符编码的关系
• UTF8/UTF16/UTF32具体区别
• mysql，redis，nginx使用中的字符集问题分析
• zlib数据压缩
• 手撕zlib压缩与解压
• nginx中的zlib实现原理

4 中间件开发专栏

4.1 MySQL

4.1.1 MySQLSQL语句，索引，视图，存储过程，触发器

• MySQL体系结构，SQL执行流程
• SQL CURD与高级查询
• 视图，触发器，存储过程MySQL权限管理

4.1.2 MySQL索引原理以及SQL优化

• 索引，约束以及之间的区别
• B+树，聚集索引和辅助索引
• 最左匹配原则以及覆盖索引
• 索引失效以及索引优化原则
• EXPLAIN执行计划以及优化选择过程分析

4.1.3 MySQL事务原理分析

• 事务的ACID特性
• MySQL并发问题脏读，不可重复读，幻读
• 事务隔离级别
• 锁的类型，锁算法实现以及锁操作对象
• S锁 X锁 IS锁 IX锁
• 记录锁，间隙锁，next-key lock
• 插入意向锁，自增锁
• MVCC原理剖析

4.1.4 MySQL缓存策略

• 读写分离，连接池的场景以及其局限
• 缓存策略问题分析
• 缓存策略强一致性解决方案
• 缓存策略最终一致性解决方案
• 2种mysql缓存同步方案从数据库与触发器+udf
• 缓存同步开源方案 go-mysql-transfer
• 缓存同步开源方案canal原理分析
• 3种缓存故障，缓存击穿，缓存穿透，缓存雪崩

4.1.5 MySQL集群方案与Replication原理

• 分库分表:水平分库，垂直分库，水平分表，垂直分表
• MySQL官方三种集群方案replication，Fabric，Cluster
• 三个开源集群方案MMM，MHA，Galera Cluster

4.2 Redis

4.2.1 Redis 相关命令详解及其原理

• string, set,zset，list，hash
• 分布式锁的实现
• lua脚本解决ACID原子性
• Redis事务的ACID性质分析

4.2.2 Redis协议与异步方式

• Redis协议解析
• 特殊协议操作订阅发布
• 手撕异步red is协议

4.2.3 存储原理与数据模型

• string的三种编码方式int, raw, embstr
• 双向链表的list实现
• 字典的实现，hash函数
• 解决键冲突与rehash
• 跳表的实现与数据论证
• 整数集合实现
• 压缩列表原理证明

4.2.4 主从同步与对象模型

• 对象的类型与编码字符串对象
• 列表对象哈希对象集合对象有序集合
• 类型检测与命令多态内存回收
• 对象共享对象空转时长

4.2.5 集群方案主从复制/哨兵/集群与持久化

• redis的3种集群方式主从复制，sentinel, cluster
• 4种持久化方案
• 大厂的那些分布式缓存方案

4.3 Nginx

4.3.1 Nginx反向代理与系统参数配置conf原理

• Nginx静态文件的配置
• Nginx动态接口代理配置
• Nginx对Mqtt协议转发
• Nginx对Rtmp推拉流
• Openresty对Redis缓存数据代理

4.3.2 进程间通信与Slab共享机制

• shmem的三种实现方式
• 原子操作
• nginx channel
• 信号
• 信号量
• 文件锁，互斥锁
• slab共享内存
• 如何解决"惊群"问题
• 如何实现负载均衡

4.3.3 广告内容推送Nginx过滤模块的实现

• Nginx Filter模块运行原理
• 过滤链表的顺序
• 模块开发数据结构ngx_str_t,ngx_list_t,ngx_buf_t,ngx_chain_t
• error日志的用法
• ngx_comond_t的讲解
• ngx_http_module_t的执行流程

4.3.4 访问频率统计Nginx handler模块的实现

• Nginx Handler模块运行原理
• ngx_module_t/ngx_http_module_t的讲解
• ngx_http_top_body_filter/ngx_http_top_header_filter的原理
• ngx_rbtree_t的使用方法
• ngx_rbtree自定义添加方法
• 模块性能测试

4.3.5 Nginx http状态机流程

• Nginx的核心数据结构ngx_cycle_t,ngx_event_moule_t
• http请求的11个处理阶段
• http包体处理
• http响应发送
• Nginx Upstream机制的设计与实现

4.4 MongoDB

4.4.1 接口编程与文档操作

• 接口编程与文档操作
• 文档/集合/聚合函数操作
• 五种索引做法单字段索引，复合索引，TTL索引，全文索引,hash索引
• GridFS存储大文件
• WiredTiger存储引擎wiredTiger的事务journal日志

4.4.2 集群方案与持久化备份

• Master-Slave的三个服务Mongos/config/shard服务
• Replica Set读写策略
• Sharding的实现与原理
• 三种Mongodb性能优化策略时间同步，磁盘预读功能，内存管理
• 项目: MongoDB跨数据中心的数据复制平台
  • 抓取Oplog操作日志
  • 日志分离
  • 日志订阅
  • 数据路由
  • Cache同步

5 开源框架

5.1 Skynet

5.1.1 Skynet设计原理

• 多核并发编程-多线程，多进程，csp模型，actor模型
• actor模型实现-lua服务和c服务
• 消息队列实现
• actor消息调度

5.1.2 skynet网络层封装以及lua/c接口编程

• skynet reactor网络模型封装
• socket/socketchannel封装
• 手撕高性能c服务
• lua编程以及lua/c接口编程

5.1.3 skynet重要组件以及手撕游戏项目

• 基础接口skynet.send, skynet.call , skynet.response
• 广播组件multicastd
• 数据共享组件sharedatad datasheet
• 手撕万人同时在线游戏

5.2 ZeroMQ

5.2.1 消息队列与ZeroMQ的应用

• REQ/REP模型原理分析
• PUB/SUB模型原理分析
• PUSH/PULL模型原理分析
• Router/Dealer模型原理分析

5.2.2 ZeroMQ源码分析:消息模型的实现

• 消息模型
• 消息传递模式
• 一消息分帧
• 一中间层代理
• 消息丢失处理

5.2.3 ZeroMQ源码分析:网络机制与性能分析

• 零拷贝技术
• 消息高水位标记
• 无锁队列
• 可靠性设计

5.3 DPDK

5.3.1 DPDK环境与testpmd/l3fwd/skeleton

• DPDK环境参数讲解
• 多队列网卡的工作原理
• CPU亲和性
• Burst数据包的优缺点
• DPDK轮询模式异步中断，轮询模式，混合中断轮询模式
• virtio与vhost

5.3.2 DPDK的用户态协议栈实现

• 内核网络接口KNI的实现原理
• 接收线程/发送线程/KNI线程
• 内存数据结构rte_mbuf，rte_mempool
• 端口数据结构rte_kni， rte_kni_conf, rte_kni_ops,rte_eth_conf
• 协议数据结构rte_ether_hdrrte_ipv4_hdr，rte_udp_hdr
• 数据处理接口
• rte_eth_rx_burst,rte_kni_tx_burst,rte_pktmbuf_mtod

5.3.3 千万级流量并发的DNS处理

• udp协议包处理
• dns协议实现
• 配置文件解析
• 数据结构rte_ring
• trex数据包性能测试

5.3.4 高性能数据处理框架 VPP

• vpp使用vmxnet3
• DPDK ACL实现数据过滤
• vpp web应用
• vpp基础库VPPInfra
• 高速查找路由表，CAM表

5.3.5 DPDK的虚拟交换机框架 OvS

• 0vS三大组件ovs-vswitchd，ovsdb-server，openvswitch.ko
• 0vS报文处理机制
• 0vS 4种数据路径
• VXLAN数据协议

6 Linux内核源码专栏

6.1 进程原理

6.1.1 进程原理与运行分析

• task_struct结构数据
• 进程的生命周期
• 进程优先级
• 进程状态迁移
• 写时复制

6.1.2 全方位剖析调度机制

• 调度器stop/rt/deadline/cfs/idle
• 调度策略SCHED_RR/SCHED_FIFO
• smp多核调度

6.1.3 锁与进程间通信

• 自旋锁的实现
• 互斥锁的实现
• 大内核锁BKL-Big Kernel Lock
• 消息队列
• 共享内存

6.2 内存管理

6.2.1 内存原理与内存杂乱繁多的细节

• uma与numa的内存结构
• tlb的工作原理
• mm_struct结构体
• 页表与缺页异常
• 高速缓存

6.2.2 物理内存与虚拟内存管理

• 分配器原理
• slab/slub/slob分配器
• 不连续页原理
• 内存映射
• 伙伴算法

6.2.3 虚拟内存及API调用

• 进程内存映射
• 进程堆栈管理
• 用户空间与内核空间
• 系统调用kmalloc/vmalloc

6.3 文件系统

6.3.1 虚拟文件系统

• 通用文件模型
• VFS结构
• 文件操作系统调用
• file/inode原理

6.3.2 无持久存储的文件系统

• 文件系统数据结构
• 管理/proc数据项
• 系统控制机制
• sysfs数据结构
• 挂载文件系统
• 文件目录操作
• sysfs增加数据

6.3.3 磁盘文件系统

• Ext2文件系统
• Ext3文件系统
• Ext4文件系统

6.3.4 用户态文件系统fuse

• fuse使用场景fuse原理
• fuse实现
• 用户态文件接口实现

6.4 设备驱动

6.4.1 实现进程间通信组件

• file_operation原理
• 系统调用的流程
• ioctl流程
• 请求中断

6.4.2 块设备运行原理

• 资源管理
• I/0调度
• BI0结构原理
• PCI总线原理

6.4.3 虚拟网络适配器的实现

• 网络结构体 net_device/net_device_ops
• sk_buff原理
• 网卡数据中断
• 网卡mmap

7 性能分析专栏

7.1 性能工具

• 高性能代码构建系统 tundra
• Http压测工具 WRK
• 网站压测工具 webbench

7.2 调试库

• 内存调试性能分析工具 Valgrind
• 谷歌C++测试框架 GoogleTest
• 内存分配跟踪库 MemTrack

7.3 内核跟踪与火焰图分析

• 内核探测SystemTap
• 火焰图分析与生成

8 分布式架构专栏

8.1 架构实战

8.1.1 腾讯微服务RPC框架Tars

• Tars微服务应用场景
• RPC协议的序列化与反序列化
• 路由管理Registry
• 服务发布管理 Patch
• 分布式MySQL与分布式Cache
• 服务发现与服务治理解决方案

8.1.2 容器化Docker与容器编排

• Docker镜像管理
• 镜像元数据管理与存储驱动
• 网络管理与GRE实现跨网络通信
• Docker容器安全解决方案SElinux
• Dockerfile的容器构建
• 编排三剑客Fig/Compose/Swarm
• 编排小神器Fleet
• Flynn体系架构与实现原理

8.1.3 容器化管理 k8s与核心组件

• k8s使用场景
• k8s核心组件APIServer，scheduler，controller manager,kubelet，kube-proxy
• 网络核心原理单pod单ip,pod和网络容器
• 用户认证与namespace设计

8.2 架构原理

8.2.1 分布式注册服务中心etcd

• etcd的应用场景与功能分析
• 强一致性raft算法原理
• etcd的分布式锁实现
• 单机部署与集群部署

8.2.2 内核级支持的分布式存储Ceph

• ceph的集群部署
• monitor与OSD
• ceph 5个核心组件
• ceph集群监控
• ceph性能调调优与benchmark

8.2.3 快播核心技术揭秘P2P框架的实现

• 网关NAT表分析
• NAT类型，完全锥型NAT，对称NAT，端口限制锥形NAT，IP限制锥型NAT
• 代码逻辑实现NAT类型检测
• 网络穿透的原理
• 网络穿透的3种情况

9 架构原理

9。1 互联网并发云盘

9.1.1 fastdfs架构分析和配置

• fastdfs架构分析
• 快速配置fastdfs
• 上传文件逻辑分析
• 下载文件逻辑分析

9.1.2 fastdfs存储原理

• tracker, storage分析
• 存储机制
• 支持断点续传
• 相同文件内容只保存一份

9.1.2 分布式fastdfs存储集群部署

• 同步机制
• 线性扩容
• 如何实现高可用
• 负载均衡

9.1.3 高负载nginx/fastcgi

• fastdfs-nginx-module模块分析
• fastcgi请求与响应
• nginx与fastcgi如何通信
• nginx-fastcgi-fastdfs如何实现上传下载

9.1.4 文件传输和接口设计

• 云盘接口设计
• 云盘数据库设计
• 云盘文件上传，下载功能实现
• 云盘源码业务流程实现

9.1.5 产品上云公网发布/测试用例

• 使用云服务器的各种坑分析
• fiddler监控http请求,postman模拟请求
• wrk测试接口吞吐量
• jmeter压力测试

9.2 微服务即时通讯

9.2.1 IM即时通讯项目框架分析和部署

• 接入层、逻辑层、持久层架构划分
• 消息实时性分析
• 即时通讯数据库设计
• 单聊、群聊消息原理
• 群成员管理
• 未读消息原理
• 池化技术的使用
• 快速配置IM项目

9.2.2 IM消息服务器/文件传输服务器

• protobuf通信协议设计
• 数据库分表设计
• reactor百方并发模型
• login_server负载均衡
• 登录请求响应模型

9.2.3 消息服务器/路由服务器

• 请求登陆逻辑
• 最近联系会话逻辑
• 查询用户在线主题
• 未读消息机制
• 单聊消息推拉机制
• 群聊消息推拉机制
• 路由转发机制

9.2.4 数据库代理服务器设计

• main函数主流程
• 响应流程
• redis缓存
• 消息计数（单聊和群聊)
• 未读消息机制
• 群成员管理
• 单聊群聊

9.2.5 文件服务器和docker部署

• 在线文件传输机制分析
• 离线文件传输机制分析
• etcd微服务注册与发现
• docker制作与部署

9.2.6 产品上云公网发布/公网测试上线

• 单元测试案例
• testbench如何设计
• IM项目性能压测
• 定制私有功能
• 云服务器部署