Go 游戏网络开发工程师招聘面试题 30k/月

    ln, err := net.Listen("tcp", ":8880")
    if err != nil {
        // handle error
    }
    for {
        conn, err := ln.Accept()
        if err != nil {
            // handle error
        }
        go handleConnection(conn)
    }

1 请仔细阅读如上程序，当程序编译后运行在Linux系统上时，是否会产生用户态与内核态的切换，并说明切换时net.Listen In.Accept 函数运行是用户态还是内核态

解：

1. 先说下什么是用户态什么是内核态，go语言开发中哪些函数会导致用户态与内核态之间的切换

• 在计算机操作系统中，用户态和内核态是CPU两种不同的执行级别或者说特权级别。

  • 用户态(User Mode)：程序在用户态下运行时，具有有限的权限，只能访问用户空间的内存，不能直接访问硬件设备或进行某些特权操作，例如改变CPU的运行模式、中断处理器、修改内核数据结构等。大部分应用程序都在用户态下运行。

  • 内核态(Kernel Mode)：内核态拥有最高权限，可以执行任何指令，包括直接访问硬件资源、管理内存、处理中断和系统调用等。操作系统内核及其驱动程序在内核态下运行。

2. 在Go语言中，当程序执行以下操作时，通常会发生从用户态到内核态的切换：

   • 系统调用(System Call)：Go语言标准库中，涉及底层操作系统的功能，如文件操作、网络通信、定时器、进程管理等，都通过系统调用与内核交互。例如：
     • 文件操作：os.Open(), os.Create(), os.Read(), os.Write()等。
     • 网络编程：net.Dial(), net.Listen(), ln.Accept()（如您在问题中提到的）等。
     • 进程管理：os.StartProcess()，syscall.ForkExec()等。
     • 信号处理：signal.Notify()等。

3. 正式回答上面的问题

当调用 net.Listen("tcp", ":8880") 时，会触发用户态到内核态的切换。这是因为创建网络套接字需要系统资源，如分配端口等，这需要内核的协助。在这个过程中，内核会执行相应的系统调用，将控制权从用户态转移到内核态。

同样，当调用 ln.Accept() 函数接受新的连接时，也会发生用户态到内核态的切换。接受网络连接涉及操作系统的网络协议栈，需要内核来完成连接的建立和管理。

在切换时，net.Listen 和 ln.Accept 函数的运行处于内核态。内核态拥有更高的权限，可以访问系统资源和执行底层操作。

这种用户态与内核态的切换是操作系统为了实现资源管理和保护的一种机制。通过切换，可以确保系统的安全性和稳定性，同时提供了一种隔离用户程序和内核操作的方式。

需要注意的是，具体的实现细节可能会因操作系统和编程语言的不同而有所差异，但总体的原理是相似的。在 Linux 系统中，这种切换是常见的，并且是网络编程中必要的一部分。

2 当net.Listen 运行后本进程的监听文件存储在什么位置?以及监听文件的信息有哪些?

当 net.Listen 函数运行后，操作系统会为该程序创建一个监听 socket，并将其存储在操作系统内核中。这个监听 socket 包含了该进程监听的网络地址、端口号以及相关的协议信息等。

在 Linux 操作系统中，网络相关的配置信息一般存储在/proc/net 目录下的各个文件中，包括监听的文件描述符信息、IP 地址、端口号等。当程序运行时，可以通过读取这些文件获取网络配置信息。具体来说，如果我们使用 lsof 命令查看当前进程打开的文件列表，对于网络监听 socket，FD 列的第一个数字就是该监听 socket 的文件描述符，TYPE 列为 IPv4 或 IPv6，NAME 列中的 *:8888 表示监听所有 IP 地址上的 8888 端口。

3 当for运行接收到100个网络连接以后,是否会生成新文件?生成多少个文件?它们的连接信息是怎么表示的?

在上述代码段中，服务器端通过net.Listen开始监听8880端口并接受连接。当循环for接收到100个网络连接时，它不会生成任何新文件来存储连接信息。每次循环迭代中，ln.Accept()会阻塞等待一个新的客户端连接，一旦有新的连接请求，它就创建一个新的网络连接，并将其封装在一个net.Conn对象中。然后，这个conn对象被传递给 goroutine handleConnection(conn)进行异步处理。

连接信息不是通过文件来表示的，而是在内存中通过conn对象来表示和管理的。每个conn对象包含了与客户端连接相关的所有必要信息，如网络流、读写缓冲区等，以便进行数据传输。每个并发的goroutine都会独立处理一个客户端连接，直到连接关闭。

总结来说，在这段代码中：

• 不会生成新文件来存储连接信息。
• 不论接收了多少个连接（即使达到100个），都不会直接生成文件。
• 每个连接的相关信息保存在网络层的连接对象（conn）中。

4 现要发送一段游戏中人物移动砍怪的动作,要求报文含有固定头部,内容长度,数据内容BCD校验码请写出代码如何封装发送

package main

import (
    "bytes"
    "encoding/binary"
    "errors"
    "fmt"
)

// 定义报文结构体，假设头部为固定4字节，包含长度字段和其他标识符
type GameAction struct {
    Header      [4]byte // 假设这是固定头部
    ContentLen  uint16  // 内容长度字段，2字节
    ActionData []byte  // 动作数据内容
    BCDCheckSum []byte  // BCD校验码，这里假设是两个字节
}

func CreateGameAction(content string) (*GameAction, error) {
    action := &GameAction{}

    // 初始化头部（实际项目中需要根据协议填充）
    action.Header = [4]byte{0x00, 0x01, 0x02, 0x03} // 示例头部

    // 将动作内容转换为字节数组
    action.ActionData = []byte(content)
    action.ContentLen = uint16(len(action.ActionData))

    // 计算BCD校验码（这里仅示例计算方法，具体算法需参照实际协议）
    var sum uint16
    for _, b := range action.ActionData {
        sum += uint16(b)
    }
    action.BCDCheckSum = EncodeBCD(sum) // 假设有EncodeBCD函数将整数转为BCD码

    return action, nil
}

// 假设有一个将整数转换为BCD码的方法
func EncodeBCD(num uint16) []byte {
    // 实际实现BCD编码算法，这里仅作占位
    bcd := make([]byte, 2)
    // ... 编码逻辑 ...
    return bcd
}

// 封装并发送报文
func SendAction(conn net.Conn, action *GameAction) error {
    // 创建一个缓冲区用于序列化报文
    buf := new(bytes.Buffer)

    // 序列化结构体到缓冲区
    binary.Write(buf, binary.BigEndian, action.Header)
    binary.Write(buf, binary.BigEndian, action.ContentLen)
    buf.Write(action.ActionData)
    binary.Write(buf, binary.BigEndian, action.BCDCheckSum)

    // 发送报文
    _, err := conn.Write(buf.Bytes())
    if err != nil {
        return errors.New("failed to send game action: " + err.Error())
    }

    return nil
}

func main() {
    // 假设已连接到服务器
    conn, _ := net.Dial("tcp", "localhost:8888")

    // 创建一个游戏动作
    content := "move_and_attack" // 假设这是人物移动砍怪的动作数据
    action, _ := CreateGameAction(content)

    // 发送动作报文
    err := SendAction(conn, action)
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
    }
}

5 当本程序运行时，游戏客户端发送了10K的报文，请问如何查看这10K的报文在GO进程内部的存储和接收过程?以及数据大概存储在哪个内存哪个分区?请画出GO进程内存布局图。

Go语言程序在运行过程中接收到的网络数据，比如游戏客户端发送的10K报文，其接收和存储过程通常涉及以下几个步骤：

1. 接收过程：

   • 数据首先会被操作系统内核通过socket接口接收到，然后缓存在内核态的Socket接收缓冲区中。
   • 当Go程序通过net.Conn（如TCP连接）读取数据时，会执行系统调用将内核缓冲区的数据复制到用户态的Go程序内存空间中。

2. 存储过程：

   • Go程序可能会将接收到的数据暂存到堆内存上分配的一块连续区域，例如使用make([]byte, 10240)创建一个10K大小的字节数组来存储数据。
   • 如果对接收的数据进行进一步处理（如解码、存储到结构体等），则这些数据会在堆内存中被复制或引用，依据具体的数据结构和处理方式而定。

Go进程内存布局大致如下：

+-----------------------+
|       栈(Stack)        | <- 高地址增长方向（向下增长）
+-----------------------+
|       堆(Heap)         |
+-----------------------+
|     全局变量/静态区   |
+-----------------------+
|       寄存器          |
+-----------------------+
|       代码段(Code)     | <- 低地址增长方向（向上增长）
+-----------------------+

- 栈：存放局部变量、函数调用栈帧等。
- 堆：动态分配的内存空间，如切片、映射、大尺寸的对象、接收的网络数据等。
- 全局数据区：全局变量、常量、初始化过的静态变量等。
- 代码段：程序的机器指令和只读数据。

接收到的10K报文数据，最可能存储在堆内存中，具体位置取决于Go运行时（Goroutine调度器和内存分配器）在运行时决定的内存分配位置。

你可以想象一个从高地址向低地址扩展的内存模型，其中各个区域按需动态增长。在接收到大量数据时，尤其是在并发环境下，Go的内存分配器会确保从堆中分配足够大的连续内存区域来存储这些数据。

若要实时查看Go进程内部的内存使用情况，可以使用Go语言的标准库如`runtime/pprof`包，或者外部工具如`pprof`（配合`net/http/pprof`）、`gdb`、`delve`等进行分析。对于跟踪特定的数据流，可能需要结合日志记录或调试工具进行观察。此外，也可以利用像`gops`这样的诊断工具获取Go进程的概况信息。

6 上面的go handleConnection(conn)启动新子协程以后，请说明 GO GMP 调度过程

只有这个是正常的面试题 参考这个：https://www.topgoer.cn/docs/golang/chapter09-11

7 请以GO伪代码写出如何实现一个负载均衡转发请求和响应的游戏网关API服务器

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
    "sync"
)

// BackendServer 结构体代表后端服务器的基本信息
type BackendServer struct {
    URL string // 后端服务器URL
}

// serverPool 存储所有后端服务器实例
var serverPool = []BackendServer{
    {URL: "http://backend-server-1:port"},
    {URL: "http://backend-server-2:port"},
    // ... 更多后端服务器...
}

// roundRobinIndex 用于轮询选择后端服务器
var roundRobinIndex int
var poolMutex sync.Mutex

func roundRobin() *BackendServer {
    poolMutex.Lock()
    defer poolMutex.Unlock()

    current := serverPool[roundRobinIndex]
    roundRobinIndex = (roundRobinIndex + 1) % len(serverPool)
    return &current
}

// forwardRequest 将请求转发至后端服务器并返回响应
func forwardRequest(w http.ResponseWriter, r *http.Request) error {
    backend := roundRobin()

    // 创建一个新的HTTP请求指向后端服务器
    backendReq, err := http.NewRequest(r.Method, backend.URL+r.URL.Path, r.Body)
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("failed to create request: %v", err)
    }
    backendReq.Header = r.Header.Clone() // 复制请求头

    // 发送请求到后端服务器
    backendClient := http.Client{}
    backendResp, err := backendClient.Do(backendReq)
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("failed to send request to backend: %v", err)
    }
    defer backendResp.Body.Close()

    // 将后端服务器的响应状态码、头部和主体写回给客户端
    w.WriteHeader(backendResp.StatusCode)
    for k, v := range backendResp.Header {
        w.Header().Set(k, v[0])
    }
    _, err = io.Copy(w, backendResp.Body)
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("failed to write response body: %v", err)
    }

    return nil
}

func gameAPIHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    if err := forwardRequest(w, r); err != nil {
        http.Error(w, fmt.Sprintf("Error forwarding request: %v", err), http.StatusInternalServerError)
    }
}

func main() {
    http.HandleFunc("/api/game/", gameAPIHandler)

    fmt.Println("Game API Gateway is listening on :8080")
    if err := http.ListenAndServe(":8080", nil); err != nil {
        panic(err)
    }
}

8 请简单说明TCP，UDP报文的结构并上机演示查看报文结构的方法

TCP (Transmission Control Protocol) 和 UDP (User Datagram Protocol) 是两种常用的传输层协议，它们在互联网通信中起着至关重要的作用。下面是它们的报文结构简述：

TCP 报文结构

TCP 报文由以下部分组成：

1. 源端口号(Source Port)：16位，用于标识发送端应用进程。
2. 目标端口号(Destination Port)：16位，用于标识接收端应用进程。
3. 序号(Sequence Number)：32位，用于标识数据段在整个TCP连接中的位置，有助于接收方正确组装数据。
4. 确认号(Acknowledgment Number)：32位，确认接收方期望接收的下一个数据字节的序列号。
5. 数据偏移(Header Length)：4位，指出TCP头部的长度（以32位字为单位，最小值为5，表示20字节头部）。
6. 保留(Reserved Bits)：6位，目前未使用，一般置为0。
7. 标志(Flags)：6位，包括ACK、SYN、FIN、RST、URG、PSH等控制位。
8. 窗口(Window Size)：16位或32位（取决于选项字段），指示接收方可接收的字节数。
9. 校验和(Checksum)：16位，用于检测TCP头部和数据部分的错误。
10. 紧急指针(Urgent Pointer)：16位，仅在URG标志置位时有效，指出紧急数据的最后一个字节的位置。
11. 选项(Options)：长度可变，用于携带额外的控制信息，如最大段大小(MSS)等。
12. 数据(Payload Data)：包含应用层数据的可变长度部分。

UDP 报文结构

UDP 报文结构相对简单：

1. 源端口号(Source Port)：16位，同TCP。
2. 目标端口号(Destination Port)：16位，同TCP。
3. 长度(Length)：16位，表示整个UDP报文（包括头部和数据）的总长度。
4. 校验和(Checksum)：16位，用于检测UDP头部和数据部分的错误。
5. 数据(Payload Data)：包含应用层数据的可变长度部分。

上机演示查看报文结构的方法： 在Linux系统中，可以使用tcpdump或Wireshark等网络抓包工具查看TCP和UDP报文的结构。

例如，使用tcpdump：

sudo tcpdump -i any -nn -vvv

运行上述命令后，您可以观察到通过网络接口进出的TCP和UDP数据包。输出将展示详细的报文头部信息。

使用Wireshark：

1. 安装Wireshark并打开。
2. 选择合适的网络接口进行捕获。
3. 开始捕获数据包并在捕获到的数据中过滤TCP或UDP协议。
4. 双击捕获到的TCP或UDP数据包，Wireshark将展开报文结构，并详细显示每个字段的值。

这些工具可以帮助您直观地查看TCP和UDP报文的结构以及它们传输的数据内容。

9 请用伪代码编写一个简单的B树实现

// 定义B树节点
type BTreeNode struct {
    Keys       []interface{} // 关键字列表
    Children   []*BTreeNode  // 孩子节点列表
    IsLeafNode bool          // 是否为叶子节点
}

// 初始化B树节点
func NewBTreeNode(keys []interface{}, leaf bool) *BTreeNode {
    return &BTreeNode{Keys: keys, Children: make([]*BTreeNode, 0, len(keys)+1), IsLeafNode: leaf}
}

// 插入元素到B树
func (node *BTreeNode) Insert(key interface{}) error {
    // 判断节点是否为空
    if node == nil {
        return errors.New("Cannot insert into an empty node")
    }

    // 对于叶子节点直接插入
    if node.IsLeafNode {
        // 寻找合适的位置插入关键字，并保持排序
        i := sort.Search(len(node.Keys), func(i int) bool { return node.Keys[i] >= key })
        node.Keys = append(node.Keys[:i], append([]interface{}{key}, node.Keys[i:]...) )
        return nil
    }

    // 非叶子节点，递归查找插入位置
    i := 0
    for i < len(node.Keys) && key > node.Keys[i] {
        i++
    }

    // 将关键字插入到孩子节点中
    err := node.Children[i].Insert(key)
    if err != nil {
        // 如果插入失败，可能是因为孩子节点满了，需要分裂节点
        // 这里仅给出提示，实际实现中需要实现分裂操作
        return errors.New("Child node is full, need to split and reorganize tree")
    }

    return nil
}

// 注意：以上伪代码中省略了分裂、合并节点、调整树形结构等复杂逻辑，实际实现时需要补充这些部分。