红黑树 实现_红黑树有什么实际作用

C++ linux服务器学习路线（腾讯T9认证） 　　

　　这套学习路线主要可以帮助你在3-8个月掌握服务器后台开发岗位必备技术点，强化理论知识，以项目运用为主导纯手写项目实现。适合工作1-3年，有危机意识，急需大厂技术实战走向大厂高级岗位；工作5- -8年遇瓶颈，急需查漏补缺提升技术层次；学习路线的特色：服务器后台开发知识点，包括C/C++, Linux, Nginx, ZeroMQ，MySQL,Redis, fastdfs， MongoDB， ZK，流媒体，CDN，P2P， K8S，Docker,TCP/IP，协程，DPDK等等，以大型互联网落地的产品架构为核心，培养Linux领域全能型的专业C/C++开发工程师。接下来就来介绍我们的学习路线： 　　一、精进基石专栏 　　1、数据结构与算法 　　第一个就是我们的红黑树了，其中包括：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。 　　搞定红黑树接下来就是磁盘存储链式的B树与B+树，需要学的是：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。 　　接下来我们要学的就是海量数据去重的Hash与BloomFilter，bitmap，涉及的知识点：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。 　　

　　掌握了这些知识点，咱们的数据结构和算法就已经学得差不多了，下面我将继续学习设计模式。 　　2、设计模式 　　设计模式我们首先需要掌握创建型设计模式，其中需要掌握的知识点：单例模式、策略模式、观察者模式、工厂方法模式与抽象工厂模式、原型模式。 　　第二个需要掌握的是：结构型设计模式：适配器模式、代理模式、责任链模式、状态模式、桥接模式、组合模式。 　　设计模式学完，我们就可以去学习一下C++的新特性。 　　

　　3、C++的新特性 　　C++的新特性就推荐先学习stI容器，智能指针，正则表达式，其中包含：atomic的用法与原理、thread_ local 与condition_ var iable、异常处理exception ptr、错误处理error. category、coroutine的用法与原理。 　　学完上面的新特性后，我们接下来学习线程，协程，原子操作，lamda表达式，主要是学这些：atomic的用法与原理、thread_ loca |与condition_ var iable、异常处理exception_ ptr、错误处理error_ category、coroutine的用法与原理。 　　学完C++的新特性我们接下来需要学习Linux工程管理。 　　4、Linux工程管理 　　首先我们需要学的便是Makefi le/ cmake/conf igure，详细的知识点：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、conf igure生成makefile的原则、cmake的写法等。 　　接下来需要学分布式版本控制git，详细知识点：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服务器搭建等。 　　掌握了上面的技术点，接下来便需要学习Linux系统运行时参数命令，这个知识点有点多，学起来可能会觉得枯燥，其中的知识点包括：进程间通信设施状态ipcs、Linux系统运行时长upt ime、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Linux系统glances、查看系统调用strace、ftp服务器基本信息ftptop、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、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等。

　　二、高性能网络设计专栏 　　1、自研网络库:异步网络库zvnet 　　首先需要掌握网络io与io多路复用epoll，kqueue (项目)，详细知识点：socket.与文件描述符的关联、多路复用select/poll、代码实现LT/ET的区别。 　　其次需要掌握事件驱动reactor的原理与实现(项目)，覆盖的知识点：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。 　　最后需要掌握http服务器的实现(项目)，覆盖的知识点：reactor sendbuffer 与recvbuffer封装http协议、http协议格式、有限状态机fsm解析http、其他协议websocket, tcp文 件传输。 　　2、网络原理 　　首先我们需要掌握服务器百万并发实现(实操)，主要的知识点包括：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、sysct 1. conf的rmem与wmem的调优、conntrack的原理分析。 　　其次就是redis，memcached, nginx网络组件(理论)，其中包含：redis单线程reactor的实现、memcached的多线程master-wor ker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。 　　第三需要掌握的是Posix API与网络协议栈(理论)，主要的知识点：connect，listen, accept 与三次握手、li sten参数back log、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。 　　最后我们需要掌握UDP的可靠传输协议QUIC (项目)，覆盖的知识点：udp的优缺点、udp高并发的设计方案、sigusoft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。 　　

　　3、自研框架:协程框架NtyCo的实现（两个项目） 　　第一个项目是协程设计原理与汇编实现(项目)，主要的知识点：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，set jmp/ long jmp, 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。 　　第二个项目是协程调度器实现与性能测试(项目)，覆盖的技术点：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mysq|请求、协程多核方案分析、协程性能测试。 　　4、自研框架:基于dpdk的用户态协议栈的实现（三个项目） 　　第一个项目是用户态协议栈设计实现(项目)，其中的技术点：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。 　　第二个项目是应用层posix api的具体实现(项目)，其中的知识点：socket/bind/listen的实现、accept实现、recv/send的实现、滑动窗口/慢启动讲解、重传定时器，坚持定时器，time_ wait定时器，keepalive定 时器 　　第三个项目是手把手设计实现epoll (项目)，主要的知识点：epoll数据结构封装与线程安全实现、协议栈fd就绪回调实现、epo11接口实现、LT/ET的实现。 　　5、高性能异步io机制io_ uring 　　首先需要学习与epoll媲美的io_ uring(项目)，主要的知识点：io_ uring系统调用io_ _uring_ setup， io_ _uring_ register， io_ _uring_ enter、liburng的io_ _uring的关系、io_ uring与epo11性能对比、io_ _uring的共享内存机制。 　　然后我们需要学习io_ uring的使用场景(理论)，其中包括：irusgecect con. rv, end实现机制、io_ uring网络读写、io_ uring磁盘读写、proactor的实现。 　　C++ linux服务器视频资料领取+q群：

　　三、基础组件设计 　　1、池式组件（三个项目） 　　第一个手写线程池与性能分析(项目)，其中主要包括：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。 　　第二个内存池的实现与场景分析(项目)，主要包括：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。 　　第三mysqI连接池的实现(项目)，覆盖的知识点：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 　　其中包括六个小项目，第一是原子操作CAS与锁实现(项目)，主要的知识点：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； 　　第二个是无锁消息队列实现RingBuffer (项目)，其中主要包括：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； 　　第三个是定时器方案红黑树，时间轮，最小堆(项目)，主要的知识点：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； 　　第四个是手写死锁检测组件(项目)，主要的知识点包括：死锁的现象以及原理、pthread_ mutex_ I ock/ pthread_ _mutex_ _unlock dlsym的实现、有向图的构建、有向图dfs判断环的存在、三个原语操作lock_ before, lock_ after， unlock_ after、死锁检测线程的实现； 　　第五个手写内存泄漏检测组件(项目)主要包括、内存泄漏现象、第三方内存泄漏与代码内存泄漏、mal loa与free的dIsym实现、内存检测策略、应用场景测试； 　　第六个是手把手实现分布式锁(项目)覆盖的知识点：多线程资源竞争互斥锁，自旋锁、加锁的异常情况、非公平锁的实现、公平锁的实现。 　　3.开源组件 　　首先需要掌握的是异步日志方案log4cpp (项目)，其中所包含的知识点：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； 　　其次需要学习的是应用层协议设计ProtoBuf/Thrift (项目)，所覆盖的知识点：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。

　　四、中间件开发专栏 　　1、Redis（1）Redis相关命令详解及其原理str ing，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）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 　　（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）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redis的3种集群方式主从复制，sentinel,cluster4种持久化方案 　　2、MySQL（1）SQL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 　　（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 　　（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）MySQL缓存策略读写分离，连接池的场景以及其局限a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mysq|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 　　3、Kafka（1）Kafka使用场景与设计原理发布订阅模式点对点消息传递Kafka Brokers原 理Topics和Partition 　　（2）Kafka存储机制Partition存储分布Partition文件存储机制Segment文件存储结构offset查找message 高效文件存储设计 　　4、微服务之间通信基石gRPC （1）gRPC的内部组件关联ClientSide与ServerSide, Channel, Ser ivce, Stub的概念异步gRPC的实现回调方式的异步调用Server与Client对RPC的实现 　　（2）基于http2的gRPC通信协议基于http协议构造ABNF语法请求协议Request-HeadersgRPC.上下文传递 　　5、Nginx（1）Nginx反向代理与系统参数配置conf原理(实操)Nginx静态文件的配置Nginx动态接口代理配置Nginx对Mqtt协议转发Ng inx对Rtmp推拉流Openresty对Redis缓存数据代理shmem的三种实现方式原子操作ng inx channe l信号信号量 　　（2）Nginx过滤器模块实现(项目)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_terror日志的用法ngx_ comond_ t的讲解ngx__http_ module_ t的执行流程文件锁，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）Nginx Handler模块实现(项目)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机制的设计与实现模块性能测试 　　五、开源框架专栏 　　1、游戏服务器开发skynet（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 　　（2）skynet网络层封装以及Iua/c接口编程skynet reactor 网络模型封装socket/ socketchanne|封装手撕高性能c服务lua编程以及lua/c接口编程 　　（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、分布式API网关（1）高性能web网关OpenrestyNginx与lua模块Openresty访问Redis，MySQLRestful API接口开发Openresty性能分析 　　（2）Kong 动态负载均衡与服务发现nginx，openresty, Kong之 间的“苟且”动态负载均衡的原理服务发现实现的原理Server less监控，故障检测与恢复代理层缓存与响应服务系统日志 　　3、高性能存储SPDK的文件系统实现(项目)（1）SPDK的工作原理与文件系统架构分析NVMe与PCle的原理.NVMe Controller 与bdev之间的rpcblobstore与blob的关系 　　（2）文件系统的posix api实现4层结构设计vfsspdk的异步改造posix同步apiopen/wr ite/read/close的实现 　　（3）文件系统的性能测试f io的ioengine实现i odepth讲解随机读，随机写，顺序读，顺序写 　　4、高性能计算CUDA（1）gpu并行计算cuda的开发流程cpu+gpu的异构计算计算机体系结构中的gpucuda的环境搭建 nvcc与srun的使用cuda的 向量加法与矩阵乘法MPI与CUDA 　　（2）音视频编解码中的并行计算cuda的h264编解码cuda的mpeg编解码ffmpeg的cuda支持 　　5、并行计算与异步网络引擎workf low（1）workflow的应用场景workflow的编程范式与设计理念mysql/redis/kafka/dns的请求实现parallel处理与任务组装 　　（2）workflow的组件实现线程池实现DAG图任务msgqueue的实现纯c的jsonparser实现 　　6、物联网通信协议mqtt 的实现框架mosquitto（1）mqtt的高效使用场景mqtt的发布订阅模式解决低带宽网络环境的数据传输3种Qos等级0Auth与JWT的安全认证 　　（2）mqtt的brokermqtt的遗嘱机制发布订阅的过滤器mosquitto的docker部署mqtt的日志实时监控

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　　七、性能分析专栏 　　1、性能与测试工具（1）测试框架gtest以及内存泄漏检测goog letest与goog | emock文件函数检测以及类测试test fixture 测试央具类型参数化事件测试内存泄漏设置期望，期待参数，调用次数，满足期望 　　（2）性能工具与性能分析MySQL性能测试工具mysqlslapRedis性能测试工具redis-benchmarkhttp性能测试工具wrkTcp性能测试工具TCPBenchmarks磁盘，内存，网络性能分析 　　（3）火焰图的生成原理与构建方式火焰图工具讲解火焰图使用场景与原理nginx动态火焰图MySQL火焰图Redis火焰图 　　2、观测技术bpf与ebpf（1）内核bpf的实现原理跟踪，嗅探，采样,可观测的理解动态hook: kpr obe/ upr obe静态hook: tracepoint 和USDT性能监控计时器PMC模式cpu的观测taskset的 使用BPF工具bpftrace， BCC 　　（2）bpf对内核功能的观测内存观测kmalloc与vm_ area_ struct文件系统观测vfs的状态磁盘io的观测bitesize， mdf lushbpf对网络流量的统计bpf对redis- -server观测网络观测tcp_ connect， tcp_ accept, tcp_ close 　　3、内核源码机制（1）进程调度机制哪些事儿qemu调试内存进程调度cfs与其他的四个调度类task_ struct结 构体RCU机制与内存优化屏障 　　（2）内核内存管理运行机制虚拟内存地址布局SMP/NUMA模型页表与页表缓存原理伙伴系统实现块分配(SIab/Slub/Slob) 原理实现brk/kmalloc/vmal loc系统调用流程 　　（4）文件系统组件虚拟文件系统vfsProc文件系统super_ block 与inode结构体文件描述符与挂载流程

　　八、分布式架构专栏 　　1、分布式数据库（1）不一样的kv存储RocksDB的使用场景前缀搜索低优先级写入生存时间的支持Transactions快照存储日志结构的数据库引擎 　　（2）TiDB存储引擎的原理TiKV的Key-Value存储引擎基于RBAC的权限管理数据加密 　　（2）TiDB存储引擎的原理TiKV的Key-Value存储引擎基于RBAC的权限管理数据加密 　　（3）TiDB集群方案与Replication原理集群三个组件TiDB Server,PD Server，TiKV ServerRaft协议讲解OLTP与OLAP 　　2、分布式文件系统（1）内核级支持的分布式存储Cephceph的集群部署monitor与0SDceph 5个核心组件ceph集群监控ceph性能调调优与benchmark 　　（2）分布式ceph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 　　3、分布式协同（1）注册服务中心Etcdetcd配置服务、服务发现、集群监控、leader选举、分布式锁etcd体系结构详解(gRPC， WAL,Snapshot、BoItDB、 Raft)etcd存储原理深入剖析(B树、 B+树)etcd读写机制以及事务的acid特性分析raft共识算法详解(leader选举+日志复制) 　　（2）协同事件用户态文件系统fuse (项目)fuse的使用场景文件系统读写事件fuse的实现原理/dev/fuse的作用 　　（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 　　1、dkvstore实现(项目)（1）kv存储的架构设计存储节点定义tcp server/cl ienthash数据存储list数据存储skiptable数据存储rbtree数据存储 　　（2）网络同步与事务序列化序列化与反序列化格式建立事务与释放事务线程安全的处理 　　（3）KV存储的性能测试网络测试tps吞吐量测试hash/list/sk iptab le/rbtree测试 　　2、图床共享云存储(项目)（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 　　（2）文件传输和接口设计http接口设计图床数据库设计图床文件上传，下载，分享功能实现业务流程实现 　　（3）产品上云公网发布/测试用例http接口设计图床数据库设计图床文件上传，下载，分享功能实现业务流程实现 　　3、微服务即时通讯(项目)（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|M项目 　　（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 　　（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 　　（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 　　（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 　　（6）产品上云公网发布/公网测试上线单测试案例testbench如何设计IM项目性能压测定制私有功能云服务器部署