ネットワークプログラミング: リアクターの原理と実装
1.エポールとは
epoll は、多数のファイル記述子 (FD) を処理するために Linux カーネルによって改良されたポーリングです。これは、Linux での多重化 IO インターフェイス select/poll の拡張バージョンです。これにより、のみアクティブなプログラムのパフォーマンスを大幅に向上させることができます。多数の同時接続 その状況におけるシステムの CPU 使用率。
2. epollの特徴
イベントを取得するとき、リッスンされている記述子セット全体を走査する必要はなく、カーネル IO イベントによって非同期に起動され、Ready キューに追加された記述子セットを走査するだけです。
実際、Linux が燃え始めたのは epoll の後でした
3. epoll のインターフェースとは何ですか
- epoll_create(int)
- Fengchaoボックスを作成するのと同じです
- epoll_ctl(epfd、OPERA、fd、ev)
- 各人が支払う管理費と管理者の追加・削除に相当します
- 1 つ目は各 epoll 用、2 つ目は操作用、3 つ目は各 fd 用、4 つ目は各イベント用です
- epoll_wait(epfd、イベント、evlength、タイムアウト)
- 宅配業者が宅配業者を取りに行く場合と比較して、タイムアウトはどのくらいの頻度で発生しますか (午前に 1 回、午後に 1 回)
- events はバッグ、evlength はバッグの大きさです
- 2 番目は返されるイベントの数です
- 3つ目はイベントの長さです
- 4つ目は時間です
4. epoll コードの例
#include<stdio.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>
#include<fcntl.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<string.h>
#define BUFFER_LENGTH 128
#define EVENTS_LENGTH 128
char rbuffer[BUFFER_LENGTH] = {
0};
char wbuffer[BUFFER_LENGTH] = {
0};
int main(){
// fd创建的时候默认是阻塞的
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd == -1) return -1;
// listenfd绑定一个固定的地址
struct sockaddr_in servaddr;
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(9999);
if (-1 == bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))){
// 返回-1 失败
return -2;
}
listen(listenfd, 10); // 相当于是迎宾的人
// 传的参数只要大于0就可以了
// 这个函数的参数一开始是设置就绪的最大数量的, 但其实用链表来串就绪集合就可以了
int epfd = epoll_create(1);
struct epoll_event ev, events[EVENTS_LENGTH];
// 为什么一开始要添加事件, 不应该是内核有事件通知我吗
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = listenfd;
// 这个关注一个可读的事件，后面有事件了才会通知我们
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev);
// printf("fd : %d \n", epfd);
// 服务器 7 * 24 运行就是因为这个函数
// 所有的循环都是这样操作的
while(1){
// 如果是-1，直到有事件才返回，没事件就会阻塞
// 0代表立即返回, timeout时间是毫秒
int nready = epoll_wait(epfd, events, EVENTS_LENGTH, 0);
// nready 有数据的时候返回是大于0的数
// printf("-----nready -> %d\n", nready);
int i = 0;
for(i = 0; i < nready; i++){
int clientfd = events->data.fd;
// 用accept处理
if(listenfd == clientfd){
struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);
// 新增加的fd, 也加到可读的fd集合中
int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client, &len);
printf("accept: %d\n", connfd);
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = connfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &ev);
}else if(events[i].events & EPOLLIN) {
//clientfd
// char rbuffer[BUFFER_LENGTH] = {0};
int n = recv(clientfd, rbuffer, BUFFER_LENGTH, 0);
if(n > 0){
rbuffer[n] = '\0';
printf("recv: %s, n: %d\n", rbuffer, n);
memcpy(wbuffer, rbuffer, BUFFER_LENGTH);
int j = 0;
for(j = 0; j < BUFFER_LENGTH; j++){
rbuffer[j] = 'A' + (j % 26);
}
// send
ev.events = EPOLLOUT;
ev.data.fd = clientfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, clientfd, &ev);
}
}else if(events[i].events & EPOLLOUT){
int sent = send(clientfd, wbuffer, BUFFER_LENGTH, 0);
printf("sent: %d\n", sent);
}
}
}
}
5.リアクターとは
Reactor モードは、同時 I/O を処理するための比較的一般的なモードです。同期 I/O に使用されます。中心的な考え方は、処理されるすべての I/O イベントを中央の I/O マルチプレクサに登録し、同時に処理することです。メインスレッド/プロセスがマルチプレクサでブロックされています
I/O イベントが到着するか準備が完了すると (ファイル記述子またはソケットが読み書き可能になると)、マルチプレクサは事前に登録されていた対応する I/O イベントを返し、対応するプロセッサに配布します。
(複数の fd がバッファを共有すると、パケットがスタックする現象が発生します。ここでリアクターが作成されます。各 fd に対応するイベントは独自のものである必要があり、分離が行われます)
6. リアクターの利点
- 応答が速く、Reactor 自体はまだ同期しているにもかかわらず、単一の同期時間によってブロックされる必要はありません。
- プログラミングは比較的単純なので、複雑なマルチスレッドと同期の問題を最大限に回避し、マルチスレッド/プロセスの切り替えオーバーヘッドを回避できます。
- スケーラビリティ。Reactor インスタンスの数を増やすことで、CPU リソースを簡単に最大限に活用できます。
- 再利用性、リアクターフレームワーク自体は特定のイベント処理ロジックとは無関係であり、再利用性が高い
7. レベルトリガーとエッジトリガー
レベルトリガー
ファイル記述子に関連付けられた読み取りカーネル バッファが空ではなく、読み取るデータがある限り、常に読み取り可能信号を送信して通知します。ファイル記述子に関連付けられたカーネル書き込みバッファがいっぱいでない場合 (存在する限り)は書き込むためのスペースです）、常に書き込み可能な信号通知を発行します
- epoll はデフォルトで水平方向にトリガーされます
- データが少ないときはLTして一気に読むことが多いです。
- レベルトリガーを使用してIOをブロックできます
エッジトリガー
ファイル記述子に関連付けられた読み取りカーネル バッファーが空から空以外に変化すると、読み取り可能な信号が送信されて通知されます。
ファイル記述子に関連付けられた書き込みカーネル バッファーがfullからfull に変化すると、書き込み可能シグナルが送信されて通知されます。
- 1 回トリガーし、読み取るデータがなくなるまで周期的に読み取ります
- データはバッファに保存されます
- ビッグデータを使用する場合、ET は実際には LT と変わりません
- エッジトリガーはrecvへのループであり、ブロッキングIOに陥ることはできません
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