2021年10年后端开发程序员最新《C/C++Linux 服务器开发》学习路线总结,建议收藏

2023-06-01 0 669

前言

从事开发行业也有10多年了,在摸爬滚打的工作这段时间里,深知了有一个「完整的知识体系」是非常重要的。当事人非常后悔没有在大学期间知道这个道理……

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众多大厂招人的需求也是非常注重此方面,毕竟我们不能单单只是一个只会写代码的程序员,更应该成为一个全面的工程师,能够迅速解决工作上的需求及众多问题。

特此,我根据多年的开发经验总结了一份较为全面的【C/C++Linux 服务器开发】 成长路线知识点,我自己也是在跟着这份思维导图进一步的学习,希望这份路程也能伴随大家的成长。

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以下是整理的学习路线视频链接:C/C++Linux服务器开发/Linux后台架构师-学习视频

特此说明下:

所有学习资料和高清思维导图的

一. 精进基石

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1、数据结构与算法

1.1 面试必聊的排序与KMP:

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

1.2 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

1.3 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

1.4 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

1.5 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

2、设计模式

2.1 创建型设计模式

单例模式工厂方法模式与抽象工厂模式原型模式

2.2 结构型设计模式

适配器模式代理模式桥接模式组合模式

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

3、工程管理

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makeMakefile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

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

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otop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/atopLinux网络统计监控工具 netstat显示和修改网络接口控制器 e

二. 高性能网络设计

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1、网络编程

1.1 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

1.2 reactor的原理与实现

epoll封装send_cb/recv_cb/accept_cb reactor多核实现跨平台(select/epoll/kqueue)的封装reactor

1.3 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httphttps的工作流程https证书配置

1.4 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、网络原理

2.1 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 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

2.3 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

2.4 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quichekcp的设计方案与算法原理

3、自研框架:协程框架实现NtyCo

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,协程切换的三种实现方式,setjmp/longjmp, ucontext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

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

4、自研框架:用户态协议栈NtyTCP

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

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

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

三. 基础组件实现

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1、池式组件

服务端reactor事件封装libevent接口分析event_base_new, event_add, event_del, event_base_loopmemcached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

1.1 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

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内存大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

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,commit,callback, destory异步请求框架封装应用协议redis/dns/http请求封装

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

2、高性能组件

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

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

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

2.4 try/catch组件的实现

setjmp/longjmptry/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、开源组件

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_loopmemcached网络模块分析libev的主要数据结构EV_WATCH, EV_WATCH_LISTlibevent与libev性能对比

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 应用层协议设计ProtoBuf/Thrift

IM,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

3.4 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IO BIO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

3.5 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

3.6 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

四. 中间件开发

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1、MySQL

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

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

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

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

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

2、Redis

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

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redis协议

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

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

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,cluster4种持久化方案大厂的那些分布式缓存方案

3、Nginx

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

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

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

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

3.5 Nginx http状态机流程

Nginx的核心数据结构 ngx_cycle_t, ngx_event_moule_thttp 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、MongoDB

4.1 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

4.2 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

五. 开源框架分析及实战

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1、Skynet

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

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

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

2、ZeroMQ

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

2.2 ZeroMQ源码分析:消息模型的实现

消息模型消息传递模式消息分帧中间层代理消息丢失处理

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

3、DPDK

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

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

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_ringtrex数据包性能测试

3.4 高性能数据处理框架VPP

vpp使用vmxnet3DPDK 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

3.5 DPDK的虚拟交换机框架 OvS

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

六. Linux内核源码

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1、进程管理

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

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_FIFOsmp多核调度

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

2、内存管理

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

2.3 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

2.4 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

3、文件系统

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

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

3.3 磁盘文件系统

Ext2文件系统Ext3文件系统Ext4文件系统

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

4、设备驱动

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

4.2 块设备运行原理

资源管理I/O调度BIO结构原理PCI总线原理

4.3 虚拟网络适配器的实现

网络结构体 net_device/net_device_opssk_buff原理网卡数据中断网卡 mmap

七. 性能分析

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1、性能工具

高性能代码构建系统 tundraHttp压测工具 WRK网站压测工具 webbench

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

3、内核跟踪与火焰图分析

内核探测SystemTap火焰图分析与生成

八. 分布式架构

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1、架构实战

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

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 FleetFlynn体系架构与实现原理

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

2、架构原理

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

2.2 内核级支持的分布式存储Ceph

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

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

九. 上线项目实战

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1、互联网并发云盘

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

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

1.3 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

1.4 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

1.5 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

1.6 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

2、微服务即时通讯

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

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百万并发模型login_server负载均衡登录请求响应模型

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

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

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

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

点击:导图

十、视频学习

每个人的学习方法不一样,个人认为视频是很好的学习的方式,当然也要质量不佳好的视频,有人一步一步的讲解教学,配合的相应的文档,学习起来效率更佳。

后记

技术的瓶颈是认知的问题,认知不是知其名,还需要知其因,更需要知其原。

祝大家早日成为大牛,以下C/C++Linux后端服务器开发高级架构系统学习视频点击:

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