ACE高性能网络编程

ACE高性能网络编程

一、课程目标

本次课程针对使用ACE工具包进行高性能网络应用开发，通过本次课程的学习，学员应具备以下能力：

• 了解ACE的架构和组件；
• 理解现代操作系统线程模型、并发以及同步机制；
• 熟练使用ACE线程管理和同步机制接口开发并发应用；
• 熟练使用ACE基本的IPC SAP接口，如SOCK_Stream、SOCK_Dgram等；
• 深刻理解现代操作系统中事件多路分离和分派机制如select、epoll等、了解异步I/O以及完成事件的分派；
• 熟练使用ACE Reactor组件、Acceptor-Connector组件、Proactor组件等构建稳定、高效和灵活的网络应用。

二、参训要求

参加本次课程的学员须具备以下能力：

• 熟练掌握C++语法，理解C++面向对象和泛型（模板）机制；
• 了解TCP/IP协议，有网络编程概念。

三、课程实践环境

• 学员自备电脑
• 实践平台 (以下二者之一)：
  • Win32 / Visual Studio 2008 (或更新)
  • Linux 2.6.18+ x86-32 / GCC 4.1.2+ / Eclipse CDT 、vi
• ACE 5.8.1+

四、课程大纲

本次课程由以下几个部分构成：

1、 ACE简介

• 什么是ACE？
• ACE的使用范围；
• ACE工具包的架构层次；
• ACE的组件简介。

2、ACE基础的网络I/O对象

• 详细介绍ACE_SOCK、ACE_SOCK_Acceptor、ACE_SOCK_Connector、ACE_INET_Addr等class的使用。
• ACE Socket基类：ACE_SOCK；
• TCP主动连接对象：ACE_SOCK_Connector；
• 基于TCP、面向连接的Socket：ACE_SOCK_Stream；
• TCP被动连接对象：ACE_SOCK_Acceptor；
• 基于UDP、无连接的Socket：ACE_SOCK_Dgram (Unicast)、ACE_SOCK_Dgram_Mcast (Multicast)、ACE_SOCK_Dgram_Bcast (Broadcast)。

3、ACE并发编程：线程与同步

• 线程与进程之区别；
• 用户线程与内核线程；
• 不同操作系统中的线程模型；
• ACE线程管理：Thread_Manager；
• ACE线程同步：ACE_Guard、ACE_Thread_Mutex等；
• ACE Task框架：Message_Block、Message_Queue、ACE_Task。

4、ACE Reactor框架

ACE Reactor框架简化事件驱动程序的开发，而事件驱动是很多网络化应用的基本特征，这些应用常见的事件源包括I/O事件、Posix信号或 Windows句柄激发以及定时器到期等。

• 关于ACE Reactor框架；
• 关于事件多路分离和分派 (Event demultiplexing and dispatching )；
• Linux下 I/O事件多路分离机制：select、epoll；
• 事件处理器 ACE_Event_Handler：
• I/O事件（输入、输出）、信号、超时事件、异常事件的捕获和处理；
• ACE_Timer_Queue和ACE_Time_Value：
• 定时器的应用；
• ACE_Reactor：ACE的反应器为ACE Reactor框架的核心，负责事件的检测、多路分离和事件处理器的分派；
• 例程：基于ACE Reactor框架实现一个多人聊天室。

5、ACE Acceptor-Connector框架

ACE Acceptor-Connector框架实现了Acceptor-Connector模式，这种模式通过解除：1，网络化应用中相互协作的对等服务的连接和初始化所需的活动、2，以及它们一旦连接和初始化后所执行的处理的耦合，增强了软件复用和可扩展性。

• 集成了Message_Queue的ACE_Event_handler：ACE_Svc_Handler；
• 接受器：ACE_Acceptor；
• 连接器：ACE_Connector；
• 例程：基于Acceptor-Connector框架实现一个转发服务器。

6、ACE Proactor框架

Proactor框架引入异步I/O机制，既保留了Reactor框架的事件多路分离，避免多线程的开销，同时还缓和了反应式的同步I/O的瓶颈效应。

• 关于Proactor模式和Proactor框架；
• 关于异步I/O；
• 异步I/O工厂类：
• ACE_Asynch_Read_Stream和ACE_Asynch_Write_stream；
• ACE_Handler；
• 前摄式Acceptor-Connector；
• 前摄器：ACE_Proactor；
• 例程：基于Proactor框架重新实现多人聊天室。

7、ACE实用工具

• ACE日志实用工具：ACE_Log_Msg；
• 读写配置文件：ACE_Configuration_Heap；
• Singleton模式 (单例模式) 的ACE实现：ACE_Singleton类模板。

8、高性能网络编程讨论

• 考究高性能网络编程中应该遵循的原则，讨论并发、同步、事件多路分离等机制的适用场合。
• 网络应用的瓶颈在何处？
• 事件多路分离 vs 一连接一线程 (Event demultiplexing vs One thread per connection)；
• 同步I/O vs 异步I/O (Synchronous I/O vs Asynchronous I/O)；
• 如何适当地使用多线程？
• 什么时候需要多个 事件多路分离线程？

9、应用层协议定义与实现

• 为什么要自定义应用层协议？
• 定义应用层协议 (以XMMEP协议为例)；
• 用C++实现自定义的协议 (以XMMEP协议为例)。
• 注：XMMEP为X-Messenger Message Exchanging Protocol。

10、阶段项目

• 应用层协议定义与实现；
• 综合运用本次课程所学的技术，实现X-Messenger Server。

注：该Module不占用本次课程时间，于课程结束后进行，讲师提供远程指导，协助学员完成项目。

五、时间安排

课程时间：3天，以每天8小时计，具体安排如下：

• Day1
  • 1 - ACE简介 (1 hour)
  • 2 - ACE基础的网络I/O对象 (3 hours)
  • 3 - ACE并发编程 (4 hours)
• Day2
  • 4 - ACE Reactor框架 (5 hours)
  • 5 - ACE Acceptor-Connector框架 (3 hours)
• Day3
  • 6 - ACE Proactor框架 (3 hours)
  • 7 - ACE实用工具 (1 hour)
  • 8 - 高性能网络编程讨论 (1 hour)
  • 9 - 应用层协议定义与实现 (1 hour)
  • 10 - 阶段项目预备知识讲解 (1 hour)
  • 课程回顾与总结 (1 hour)

六、课程资源

凡是参加轩辕高端IT培训中心学习的学员，可以获得以下课程资源： 

• 课程模块相关的课程的讲义（电子档）；
• 各模块课程的参考资料（查看示例文档）；
• 实验指导文档（查看示例文档）；
• 每课练习、练习解答（查看示例文档）；
• 阶段项目（查看项目介绍）；
• 项目代码参考；
• 最终项目及完整项目文档；
• 项目实现代码；
• 除上述资源外，提供毕业后长期技术支持。