網路程式設計 反應堆reactor框架設計

2022-10-09 19:45:13 字數 4918 閱讀 1034

tcp 高效能網路框架需要滿足的需求有以下三點：

1）採用 reactor 模型，可以靈活使用 poll/epoll 作為事件分發實現。

2）必須支援多執行緒，從而可以支援單執行緒單 reactor 模式，也可以支援多執行緒主 - 從 reactor 模式。可以將套接字上的 i/o 事件分離到多個執行緒上。

3）封裝讀寫操作到 buffer 物件中。

按照這三個需求，正好可以把整體設計思路分成三塊來講解，分別包括反應堆模式設計、i/o 模型和多執行緒模型設計、資料讀寫封裝和 buffer。

反應堆模式設計

反應堆模式主要是設計乙個基於事件分發和**的反應堆框架。這個框架裡面的主要物件包括：

i/o 模型和多執行緒模型設計

i/o 執行緒和多執行緒模型，主要解決event_loop 的執行緒執行問題，以及事件分發和**的執行緒執行問題。

buffer 和資料讀寫

tcp_connection 是大部分應用程式和我們的高效能框架直接打交道的資料結構。我們不想把最下層的 channel 物件暴露給應用程式，因為抽象的 channel 物件不僅僅可以表示 tcp_connection，前面提到的監聽套接字也是乙個 channel 物件，後面提到的喚醒 socketpair 也是乙個 channel 物件。所以，我們設計了 tcp_connection 這個物件，希望可以提供給使用者比較清晰的程式設計入口。

概述以 event_loop 為核心的反應堆模式設計，這裡有一張 event_loop 的執行詳圖：

當 event_loop_run 完成之後，執行緒進入迴圈，首先執行 dispatch 事件分發，一旦有事件發生，就會呼叫 channel_event_activate 函式，在這個函式中完成事件**函式 eventreadcallback 和 eventwritecallback 的呼叫，最後再進行 event_loop_handle_pending_channel，用來修改當前監聽的事件列表，完成這個部分之後，又進入了事件分發迴圈。

event_loop 分析

在這個資料結構中，最重要的莫過於 event_dispatcher 物件了，可以簡單地把 event_dispatcher 理解為 poll 或者 epoll，它可以讓我們的執行緒掛起，等待事件的發生

這裡有乙個小技巧，就是 event_dispatcher_data，它被定義為乙個 void * 型別，可以按照我們的需求，任意放置乙個我們需要的物件指標。這樣，針對不同的實現，例如 poll 或者 epoll，都可以根據需求，放置不同的資料物件。

event_loop 中還保留了幾個跟多執行緒有關的物件，如 owner_thread_id 是保留了每個 event loop 的執行緒 id，mutex 和 con 是用來進行執行緒同步的。

socketpair 是父執行緒用來通知子執行緒有新的事件需要處理。pending_head 和 pending_tail 是保留在子執行緒內的需要處理的新事件。

struct event_loop ;
event_loop 最主要的方法 event_loop_run 方法，event_loop 就是乙個無限 while 迴圈，不斷地在分發事件

/**


* * 1.引數驗證


* 2.呼叫dispatcher來進行事件分發,分發完**事件處理函式


*/int event_loop_run(struct event_loop *eventloop) 


yolanda_msgx("event loop run, %s", eventloop->thread_name);


struct timeval timeval;


timeval.tv_sec = 1;


while (!eventloop->quit) 


yolanda_msgx("event loop end, %s", eventloop->thread_name);


return 0;


}
**很明顯地反映了這一點，這裡我們在 event_loop 不退出的情況下，一直在迴圈，迴圈體中呼叫了 dispatcher 物件的 dispatch 方法來等待事件的發生。

event_dispacher 分析

為了實現不同的事件分發機制，這裡把 poll、epoll 等抽象成了乙個 event_dispatcher 結構。event_dispatcher 的具體實現有 poll_dispatcher 和 epoll_dispatcher 兩種

/** 抽象的event_dispatcher結構體，對應的實現如select,poll,epoll等i/o復用. */


struct event_dispatcher ;
channel 物件分析

channel 物件是用來和 event_dispather 進行互動的最主要的結構體，它抽象了事件分發。乙個 channel 對應乙個描述字，描述字上可以有 read 可讀事件，也可以有 write 可寫事件。channel 物件繫結了事件處理函式 event_read_callback 和 event_write_callback。

typedef int (*event_read_callback)(void *data);


typedef int (*event_write_callback)(void *data);


struct channel ;
channel_map 物件分析

event_dispatcher 在獲得活動事件列表之後，需要通過檔案描述字找到對應的 channel，從而** channel 上的事件處理函式 event_read_callback 和 event_write_callback，為此，設計了 channel_map 物件。

/**


* channel對映表, key為對應的socket描述字


*/struct channel_map ;
channel_map 物件是乙個陣列，陣列的下標即為描述字，陣列的元素為 channel 物件的位址。

比如描述字 3 對應的 channel，就可以這樣直接得到。

struct chanenl * channel = map->entries[3];
這樣，當 event_dispatcher 需要** channel 上的讀、寫函式時，呼叫 channel_event_activate 就可以，下面是 channel_event_activate 的實現，在找到了對應的 channel 物件之後，根據事件型別，**了讀函式或者寫函式。注意，這裡使用了event_read和event_write來抽象了 poll 和 epoll 的所有讀寫事件型別。

int channel_event_activate(struct event_loop *eventloop, int fd, int revents) 


if (revents & (event_write)) 


return 0;


}
增加、刪除、修改 channel event

那麼如何增加新的 channel event 事件呢？下面這幾個函式是用來增加、刪除和修改 channel event 事件的。

int event_loop_add_channel_event(struct event_loop *eventloop, int fd, struct channel *channel1);


int event_loop_remove_channel_event(struct event_loop *eventloop, int fd, struct channel *channel1);


int event_loop_update_channel_event(struct event_loop *eventloop, int fd, struct channel *channel1);
前面三個函式提供了入口能力，而真正的實現則落在這三個函式上：

int event_loop_handle_pending_add(struct event_loop *eventloop, int fd, struct channel *channel);


int event_loop_handle_pending_remove(struct event_loop *eventloop, int fd, struct channel *channel);


int event_loop_handle_pending_update(struct event_loop *eventloop, int fd, struct channel *channel);
看一下其中的乙個實現，event_loop_handle_pending_add 在當前 event_loop 的 channel_map 裡增加乙個新的 key-value 對，key 是檔案描述字，value 是 channel 物件的位址。之後呼叫 event_dispatcher 物件的 add 方法增加 channel event 事件。注意這個方法總在當前的 i/o 執行緒中執行。

// in the i/o thread


int event_loop_handle_pending_add(struct event_loop *eventloop, int fd, struct channel *channel) 


//第一次建立，增加


if ((map)->entries[fd] == null) 


return 0;


}

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