Linux/c++服务器开发方向的重点

作者：NULL
链接：https://www.zhihu.com/question/37247264/answer/2352680534
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
 

服务器是一种高性能的计算机，相对于普通的个人电脑，它的性能往往更强，但是功能也更加单一。服务器开发，就是在服务器上面开发应用程序。服务器开发包括两部分，一是服务器上基础应用的开发，例如搜索引擎等，二是对业务流程在服务器上的相关应用开发。一般来说，企业里招第二类比较多。从业务的角度来看，服务器中的应用程序会接收来自客户端的业务请求，将其所需的数据处理以后，返回给客户端。后台开发不像前台开发一样，有清晰的可视化界面，它在整个业务中往往处于幕后的位置，所以被称为后台开发。下面这张图可以大致体现后台开发的流程:

这张图是客户端和服务器一种最简单的描述，但是这里面有很多问题如果真的研究起来就会很复杂，涉及很多基础知识。

1. 客户端的请求如何表示？对它的回答又如何表示？

2. 服务器和客户端之间的连接该如何建立呢?

3. 服务器和数据库之间又怎么进行交互？

4. 图中一台服务器只面向一台客户端，可是现实当中服务器通常需要接收多个客户端的请求。那么怎么分配这些请求？如果有非常多的客户端向服务器发送请求，服务器怎么样才能保证性能？

以上是服务器开发的一些基本问题，要解决这些问题，就要学习非常多的基础知识。带着这些问题，可以让我们把知识点串起来，对Linux下的服务器开发有一个更好的理解。

涉及知识点

1 编程语言

既然是C++后台开发，那么首先我们要掌握C++语言。C++的知识浩如烟海，而且包含了很多不同的思想，例如，它即继承了C面向过程的语法，又包含了面向对象的思想，要想精通真的很难。我的想法是将C++分成多个组成部分，然后分别学习。学习C++之后，简单总结了一些要点：

• 基础数据类型和运算符：C++的基础数据类型，如int，double。要机制它们的分别占用的内存大小，以及它们之间的转换规则。其中尤其要掌握指针和引用。
• 基础语法：基础的条件语句，顺序语句，循环语句，是必须要掌握的。
• C++关键字：C++中包含了很多关键字，例如static，const，extern等，学习的时候要注意它们的特点，以及应用场景。
• C++内存管理：内存管理非常重要，要记住C++程序内存有几个区，它们之间存放的数据；另一个关键点是C++的内存泄露的发生原因和避免方法。
• C++函数：函数是面向过程的体现，重点包括函数参数，返回值。如果再深入研究，还要知道函数的调用过程等。
• 面向对象：主要就是面向对象的三大特性，封装，继承和多态，以及实现这三大特性的一系列手段，如类，虚函数等。
• 泛型编程：C++中的泛型编程主要是模板编程，包括函数模板，类模板，模板泛化，模板特化这些知识。
• STL标准库：STL主要要掌握各种容器和泛型算法。最好能对它们的底层实现有所了解。
• C++11新特性：C++11作为C++的经典版本，有一些新特性需要学习者好好掌握，例如智能指针等。

除了C/C++以外，你还需要掌握至少一门脚本语言，例如python/shell。脚本语言可能不会是你开发的主语言，但是它可以作为程序的“粘合剂”，完成一些轻量级的工作。

2 Linux基础

现在大多数服务器都运行的是Linux系统，作为一个后端开发，少不了要和Linux打交道。对于初学者来说，可以先从下载一个带图形界面的发行版本，如Ubuntu，CentOS等，边玩边学。我们首先要具备操作Linux的能力，也就是了解Linux的基本结构，掌握基础的Linux命令，会用一些Linux上的工具。再升入一点，Linux和Windows的开发环境有区别，要熟悉Linux下的开发环境。如果这样还学有余力，可以研究一下Linux的底层原理，例如Linux的进程通信是如何实现的。Linux甚至允许你修改它的源码，当然这是很高的要求。

Linux下的常用基础命令：

• 文件处理命令
• 网络管理命令
• 用户管理命令

Linux下的常用工具

• gdb
• git
• vim
• putty

Linux原理

• Linux进程
• Linux文件系统
• Linux内存系统

3 计算机网络

后台开发少不了要和网络编程打交道，要想成为一个优秀的后端开发，就要打好计算机网络的基础。计算机网络的知识比较抽象，我在本科期间也没有学好，后来我听从网上大佬的建议，从计算机网络数据传输的角度出发，思考数据如何经过计算机网络的多层服务进行传送的，感觉对计算机网络有了更深的了解。传统的OSI七层模型是在比较复杂。现在我们实际上使用更多的是 TCP/IP 四层模型(应用层，传输层，网络层和数据链路层)。后台开发对传输层和应用层的要求非常高，所以对这两层要好好理解。

• TCP和UDP：TCP和UDP是传输层最重要的两个协议，掌握的越详细越好，要了解它们的差异，以及差异形成的原因。
• TCP是如何建立连接的：主要就是三次握手和四次挥手的内容，包括连接过程，各种连接状态等。除了要成功的情况外，还要考虑失败的情况。
• 流量控制和拥塞控制：流量控制是为了防止发送方发送数据过快，接收方来不及接收；拥塞控制是为了防止网络上数据量太大，造成网络阻塞。要了解它们的原理和实现方法。

传输层要点：

• TCP和UDP：TCP和UDP是传输层最重要的两个协议，掌握的越详细越好，要了解它们的差异，以及差异形成的原因。
• TCP是如何建立连接的：主要就是三次握手和四次挥手的内容，包括连接过程，各种连接状态等。除了要成功的情况外，还要考虑失败的情况。
• 流量控制和拥塞控制：流量控制是为了防止发送方发送数据过快，接收方来不及接收；拥塞控制是为了防止网络上数据量太大，造成网络阻塞。要了解它们的原理和实现方法。

应用层要点：

• HTTP：http是应用层最重要的协议，http需要理解的知识很多，如请求报文，请求方法，状态码等。向浏览器的地址栏中输入URL得到相应页面，这里就包含了http请求的过程。
• HTTPs：https是http和ssl(安全套接字)的组合，可以在http的基础上实现加密传输和用户认证。重点应该关注https的流程和实现数据安全的方式。
• DNS协议：DNS是应用层另一个非常重要的协议，用来实现域名和IP地址的转换，这个协议的要点在于它具体的解析过程(即如何通过域名得到IP)。

4 操作系统

除了计算机网络以外，另一门Linux下C++开发需要掌握的基础是操作系统。相比Java等语言，C++本身就是一门更加偏重底层的语言，所以它的效率更高，而且C++不太有Java中SpringBoot这种大而全的框架，这更加要求我们理解操作系统原理，以便于自己实现对应的功能。操作系统的抽象程度比计算机网络更高，学习起来更有难度，总结下来，操作系统主要在管理计算机的四种资源：

• 进程管理：即对CPU资源的管理。主要内容包括进程和线程，进线程调度算法，同步与互斥，死锁等。这部分内容是操作系统的重中之重。
• 内存管理：内存分为物理内存和虚拟内存。其中对虚拟内存是内存管理的中心，要点包括分页存储管理，分段存储管理，页面置换算法。
• 文件管理：文件系统，即文件的属性和组织方式的相关内容。
• 设备管理：计算机系统如何和与外设交互，发生中断和响应。

5 网络编程和系统编程

这一部分是上两个部分的具体实现，也就是我们怎么利用学到的原理知识，去解决实际问题。在这方面，我们可能会自己实现一些高效的数据结构，也可能直接调用现成的库函数。主要内容包括：

Socket编程：Socket是对传输层的抽象，它提供给我们一些具体的API，而不需要关注其中的具体实现

• 相关API：connect()，socket()，bind()，listen()等。
• socket建立连接的过程

I/O多路复用：一个进程复用多路I/O，是实现高并发的利器。三种经典的多路复用方法是select,poll和epoll。对这三种方式的区别和实现方式应该有具体了解。

• select，poll，epoll的实现方式和区别。
• reactor和preactor的实现方式和区别。
• ET和LT触发模式的区别。

多线程/多线程编程：多进程多线程编程是实现高并发服务器的利器，非常重要

• 相关API：fork(),pthread_create()等函数。
• 线程池的实现：通过提前创建线程减小切换开销。
• 进程线程间通信方法：共享变量，消息队列，锁等。

6 数据库

数据库是存储数据的仓库，也是后端必备技能之一。在开源的数据库中，MySQL因为其强大的性能被广泛引用。除了关系型数据库之外，因为现在的业务往往涉及到高并发和分布式，所以在传统的关系型数据库以外，企业还要求掌握非关系型数据库，如Redis。

MySQL数据库要点

• 基础语法：基础的CRUD语法
• 数据库引擎：目前MySQL主要的引擎有InnoDB和MyISAM，要知道它们各自特点的区别。
• 索引：索引的使用方法，还有实现它们的数据结构(hashmap和BTree)。
• 锁：数据库中常见的锁，如行锁，表锁，悲观锁，乐观锁，以及它们各自的使用场景。
• 事务：事务的四大特性(ACID),以及四大隔离级别。
• 数据库优化方法：常见的优化方法又SQL语句优化，分表，读写分离。

Redis数据库

• 基础数据类型：Redis五大基本数据类型包括字符串，链表，字典，集合，排序集合。
• 配置文件：Redis配置文件可以配置内存淘汰策略等一系列设置。
• 缓存：Redis被广泛应用于缓存方向，可能会发生缓存相关的问题，如缓存穿透，缓存雪崩等。

7 数据结构和算法

如果我们不想当一个只会调包，只会简单增删改查的码农，那么我们就需要掌握算法和数据结构，常言道：数据结构+算法=程序，高效的数据结构和精巧的算法能提升程序的效率，对于后台开发来说，效率非常重要。当然我们不需要掌握非常高难度的算法，可是掌握基础的算法和数据结构是必须的，下面是一些基础的数据结构和算法

常用数据结构：

• 数组
• 栈和队列
• 链表
  • 单向链表
  • 双向链表
  • 循环链表
• 树
  • 二叉树
  • 二叉搜索树
  • 二叉平衡树
  • 红黑树
• 图
  • 有向图
  • 无向图
• 串
  • KMP

常用算法：

• 分治法
• 动态规划
• 递归和回溯
• 排序
  • 快速排序
  • 归并排序
• 查找
  • 二分查找
• 树算法图算法
  • 树的前，中，后序，层次遍历(递归和非递归写法)
  • 图的遍历
  • 最小生成树
  • 迪杰斯特拉

算法和数据结构的就像是武侠小说中的内功，是每一个想成为高手的人必须要修炼的。修炼的过程是数以年记的，这个过程需要我们保持耐心和恒心。

8 设计模式

设计模式是软件工程师们针对软件设计模式总结出的经验，如果说前述的内容还处在'术'的阶段，设计模式已经有了'道'的感觉，好的设计模式能帮助工程师创造出高质量的软件。工程师总结了23种常用的设计模式。在23种设计模式中，有几种设计模式是重中之重，要好好掌握，例如：

• 单例模式：一个类只能有一个对象。
• 工厂模式：封装对象的创建，让子类决定创建的对象。
• 观察者模式：定义对象的一对多关系。

9 其他常用技能

除了上面这些基础内容，还有一些也要掌握，例如

• Makefile的编写
• Linux下常用工具的使用，例如vim，git，gdb等

另外，在社招中，企业可能会提一些更高的要求，例如分布式，容器，中间件什么的，如果学有余力，也可以进一步的去了解。

总结

总的来说，Linux下C++服务器开发的知识还是很多的，如果想要找到一份好的工作，或者对这个领域有深入理解，还是需要投入很多的时间精力的。对于这上面列出的知识，我也有很多没掌握的地方，但我相信通过系统的学习，不断迭代更新自己的知识，一定能取得进步。