visão geral do modelo do reator epoll
O modelo do reator epoll é o código principal extraído da biblioteca libevent.
modo epoll ET + sem bloqueio, polling + void *ptr
Compreensão dos reatores: compreensão de referência
Depois de adicionar a transferência de IO, o servidor tratará o evento quando ele ocorrer. O mesmo se aplica ao reator aqui. Devido ao ambiente de rede complexo, o servidor pode não ser capaz de gravar os dados diretamente após processá-los , como quando a rede está ocupada ou o buffer da outra parte está cheio, neste caso não pode ser gravado diretamente no cliente. Depois de processar os dados, o reator escuta o evento de gravação e só então executa a operação de write-back quando pode ser gravado de volta no cliente . Depois de escrever de volta, mude para ouvir eventos de leitura. E assim por diante.
Compare o modo normal do epoll
As principais melhorias são as seguintes:
- 1. Utilizando data.ptr (ponteiro genérico) na estrutura epoll_event , ele pode carregar suas próprias informações e funções de retorno de chamada correspondentes ao adicionar a árvore vermelho-preta. A função de retorno de chamada correspondente pode ser executada quando a função epoll_wait() retorna o evento ready.
The struct epoll_event is defined as: typedef union epoll_data { void *ptr; int fd; uint32_t u32; uint64_t u64; } epoll_data_t; struct epoll_event { uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */ };
- 2. Ao responder à solicitação de informações do cliente, primeiro remova o nó correspondente da árvore vermelha e preta e modifique (data.ptr) seu atributo para um evento gravável (para garantir que o cliente esteja em um estado aceitável, como a janela deslizante na comunicação tcp) A tecnologia pode resultar em cache insuficiente). Quando a função epoll_wait() retornar na próxima vez, determine se o evento é um evento gravável, envie dados ao cliente, remova o nó da árvore vermelho-preta, modifique (data.ptr) seus atributos para um evento legível e adicione para a árvore rubro-preta novamente, aguardando a próxima vez que a função epoll_wait() retornar.
Referência detalhada para os três elementos do modelo do reator epoll
modo epoll ET
Processamento de votação sem bloqueio
struct epoll_event
Ponteiros em uniões em estruturas – implementando mecanismos de retorno de chamadaepoll_data_t
void *ptr
Revisão da estrutura:
[Importante compreensão] Esta
struct epoll_event
estrutura pode ser entendida comoepoll——ctl()
uma estrutura na árvore vermelha e preta que pode ser montada (através de) epoll no kernel (semelhante a um mecanismo de cópia profunda):struct epoll_event { __uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */ }; typedef union epoll_data { void *ptr; int fd; // 该fd就是传入epoll_ctl()的对应监听事件的fd uint32_t u32; uint64_t u64; } epoll_data_t;
Uma união também é chamada de união e as variáveis na união compartilham um espaço de endereço.
No uso mais básico, o valor colocado na união é fd , conforme mostrado no pseudocódigo a seguir:
/* int connfd 是accpt()返回的socket连接句柄 */ struct epoll_event event = {0, {0}}; event.events = EPOLLIN; event.data.fd = connfd; epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event); ...... // 业务逻辑 while (1) { /*监听红黑树efd, 将满足的事件的文件描述符加至events数组中, 阻塞wait*/ int nfd = epoll_wait(efd, events, MAX_EVENTS+1, -1); for (i = 0; i < nfd; i++) { /* 使用int类型, 接收联合体data的fd成员 */ int readyfd = events[i].data.fd; ...... // 业务逻辑 } }
Mas o modelo do reator não o coloca diretamente no fd, mas coloca um ponteiro de estrutura personalizada (convertido à força para o tipo void *), de modo que quando epoll_wait() retornar, a estrutura personalizada armazenada anteriormente possa ser retirada.
/* 用户自定义结构体 */ /* 描述就绪文件描述符相关信息 */ struct myevent_s { int fd; //要监听的文件描述符 int events; //对应的监听事件 void *arg; //泛型参数 void (*call_back)(int fd, int events, void *arg); //回调函数 int status; //是否在监听:1->在红黑树上(监听), 0->不在(不监听) char buf[BUFLEN]; int len; long last_active; //记录每次加入红黑树 g_efd 的时间值 }; ...... // 业务逻辑 /* struct myevent_s *ev 是用户自定义结构体 */ struct epoll_event epv = {0, {0}}; epv.events = ev->events = EPOLLIN; //EPOLLIN 或 EPOLLOUT epv.data.ptr = ev; // 注意这里不是epv.data.fd = connfd epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, ev->fd, &epv) ...... // 业务逻辑 while(1) { /*监听红黑树g_efd, 将满足的事件的文件描述符加至events数组中, 1秒没有事件满足, 返回 0*/ int nfd = epoll_wait(g_efd, events, MAX_EVENTS+1, 1000); ...... //出错处理 for (i = 0; i < nfd; i++) { /*使用自定义结构体myevent_s类型指针, 接收 联合体data的void *ptr成员*/ struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)events[i].data.ptr; ...... // 业务逻辑 } }
Implementação do mecanismo de retorno de chamada:
Armazene a função de ponteiro na estrutura personalizada. Após o retorno de epoll_wait , retire
events[i].data.ptr
a estrutura personalizada apontada e chame a função de retorno de chamada armazenada na estrutura :struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)events[i].data.ptr; ...... //判断 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
A lógica geral do modelo do reator epoll
- socket, bind, listen – epoll_create cria uma árvore vermelha e preta de escuta – retorna epfd
- epoll_ctl() adiciona um listenfd (soquete de escuta) à árvore vermelho-preta
- enquanto(1) {
1. [Opcional] Monitore 100 conexões em cada rodada de iterações. Se houver uma conexão de tempo limite (usuário depositado), ela será fechada ativamente;
2. epoll_wait() escuta --> ocorre um evento correspondente ao fd de escuta --> retorna o conjunto de estruturas de satisfação de escuta (ou seja, a matriz de estrutura struct epoll_event);
3. Determine os elementos da matriz retornados:
}
// while(1) end
fluxo de código
Código original:
socket, bind, listen
efd = epoll_create cria um listener (árvore vermelho-preto)
epoll_ctl adiciona um listener fd à árvore
for(;;) { satisfeito array = epoll_wait listen (listen fd tem um evento e retorna um array satisfeito) se o o elemento da matriz é lfd { aceitar } o elemento da matriz da matriz é cfd { ler pequeno -> gravação grande } }
reator:
socket, bind, listen
efd = epoll_create cria um listener (árvore vermelho-preto)
epoll_ctl adiciona um listener fd à árvore
for(;;) { satisfeito array = epoll_wait listen (listen fd tem um evento e retorna um array satisfeito) se o o elemento da matriz é lfd { aceitar } o elemento da matriz da matriz é cfd { ler pequeno -> cfd grande Remova o EPOLLIN do cfd da árvore vermelha e preta e altere-o para EPOLLOUT cfd. Adicione e escreva a função de retorno de chamada EPOLL_CTL_ADD e coloque-a de volta no árvore vermelho-preto para ouvir eventos de gravação (então espere o retorno de epoll_wait, explique que cfd pode ser escrito e, em seguida, escreva, cfd retira EPOLLOUT da árvore vermelho-preta e o altera para EPOLLIN e, em seguida, o coloca de volta em a árvore rubro-preta para escutar eventos de leitura) } }
O reator determina principalmente se o peer é gravável.O reator não apenas monitora os eventos de leitura do cfd , mas também monitora os eventos de gravação do cfd.
Código do caso
/*
*epoll基于非阻塞I/O事件驱动
*/
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define MAX_EVENTS 1024 //监听上限数
#define BUFLEN 4096 // 缓冲区大小
#define SERV_PORT 8080 // 端口号
void recvdata(int fd, int events, void *arg);
void senddata(int fd, int events, void *arg);
/* 描述就绪文件描述符相关信息 */
struct myevent_s {
int fd; //要监听的文件描述符
int events; //对应的监听事件
void *arg; //泛型参数
void (*call_back)(int fd, int events, void *arg); //回调函数
int status; //是否在监听:1->在红黑树上(监听), 0->不在(不监听)
char buf[BUFLEN]; //缓冲区
int len; //缓冲区大小
long last_active; //记录每次加入红黑树 g_efd 的时间值
};
int g_efd; //全局变量, 保存epoll_create返回的文件描述符
struct myevent_s g_events[MAX_EVENTS+1]; //自定义结构体类型数组. +1-->listen fd
/*将结构体 myevent_s 成员变量 初始化*/
void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void *), void *arg)
{
ev->fd = fd;
ev->call_back = call_back;
ev->events = 0;
ev->arg = arg;
ev->status = 0;
memset(ev->buf, 0, sizeof(ev->buf));
ev->len = 0;
ev->last_active = time(NULL); //调用eventset函数的时间
return;
}
/* 向 epoll监听的红黑树 添加一个 文件描述符 */
//eventadd(efd, EPOLLIN, &g_events[MAX_EVENTS]);
void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s *ev)
{
struct epoll_event epv = {0, {0}};
int op;
epv.data.ptr = ev;
epv.events = ev->events = events; //EPOLLIN 或 EPOLLOUT
if (ev->status == 0) { //已经在红黑树 g_efd 里
op = EPOLL_CTL_ADD; //将其加入红黑树 g_efd, 并将status置1
ev->status = 1;
}
if (epoll_ctl(efd, op, ev->fd, &epv) < 0) //实际添加/修改
printf("event add failed [fd=%d], events[%d]\n", ev->fd, events);
else
printf("event add OK [fd=%d], op=%d, events[%0X]\n", ev->fd, op, events);
return ;
}
/* 从epoll 监听的 红黑树中删除一个 文件描述符*/
void eventdel(int efd, struct myevent_s *ev)
{
struct epoll_event epv = {0, {0}};
if (ev->status != 1) //不在红黑树上
return ;
//epv.data.ptr = ev;
epv.data.ptr = NULL;
ev->status = 0; //修改状态
epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, ev->fd, &epv); //从红黑树 efd 上将 ev->fd 摘除
return ;
}
/* 当有文件描述符就绪, epoll返回, 调用该函数 与客户端建立链接 */
void acceptconn(int lfd, int events, void *arg)
{
struct sockaddr_in cin; // client addr
socklen_t len = sizeof(cin);
int cfd, i;
if ((cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cin, &len)) == -1) {
if (errno != EAGAIN && errno != EINTR) {
/* 暂时不做出错处理 */
}
printf("%s: accept, %s\n", __func__, strerror(errno)); //__func__表当前函数的名字
return ;
}
do {
for (i = 0; i < MAX_EVENTS; i++) //从全局数组g_events中找一个空闲元素
if (g_events[i].status == 0) //类似于select中找值为-1的元素
break; //跳出 for
if (i == MAX_EVENTS) {
printf("%s: max connect limit[%d]\n", __func__, MAX_EVENTS);
break; //跳出do while(0) 不执行后续代码
}
int flag = 0;
if ((flag = fcntl(cfd, F_SETFL, O_NONBLOCK)) < 0) { //将cfd也设置为非阻塞
printf("%s: fcntl nonblocking failed, %s\n", __func__, strerror(errno));
break;
}
/* 给cfd设置一个 myevent_s 结构体, 回调函数 设置为 recvdata */
eventset(&g_events[i], cfd, recvdata, &g_events[i]);
eventadd(g_efd, EPOLLIN, &g_events[i]); //将cfd添加到红黑树g_efd中,监听读事件
} while(0);
printf("new connect [%s:%d][time:%ld], pos[%d]\n",
inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), g_events[i].last_active, i);
return ;
}
void recvdata(int fd, int events, void *arg)
{
struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)arg;
int len;
len = recv(fd, ev->buf, sizeof(ev->buf), 0); //读文件描述符, 数据存入myevent_s成员buf中
eventdel(g_efd, ev); //将该节点从红黑树上摘除
if (len > 0) {
ev->len = len;
ev->buf[len] = '\0'; //手动添加字符串结束标记
printf("C[%d]:%s\n", fd, ev->buf);
eventset(ev, fd, senddata, ev); //设置该 fd 对应的回调函数为 senddata
eventadd(g_efd, EPOLLOUT, ev); //将fd加入红黑树g_efd中,监听其写事件
} else if (len == 0) {
close(ev->fd);
/* ev-g_events 地址相减得到偏移元素位置 */
printf("[fd=%d] pos[%ld], closed\n", fd, ev-g_events);
} else {
close(ev->fd);
printf("recv[fd=%d] error[%d]:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
}
return;
}
void senddata(int fd, int events, void *arg)
{
struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)arg;
int len;
len = send(fd, ev->buf, ev->len, 0); //直接将数据 回写给客户端。未作处理
eventdel(g_efd, ev); //从红黑树g_efd中移除
if (len > 0) {
printf("send[fd=%d], [%d]%s\n", fd, len, ev->buf);
eventset(ev, fd, recvdata, ev); //将该fd的 回调函数改为 recvdata
eventadd(g_efd, EPOLLIN, ev); //从新添加到红黑树上, 设为监听读事件
} else {
close(ev->fd); //关闭链接
printf("send[fd=%d] error %s\n", fd, strerror(errno));
}
return ;
}
/*创建 socket, 初始化lfd */
void initlistensocket(int efd, short port)
{
struct sockaddr_in sin;
int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fcntl(lfd, F_SETFL, O_NONBLOCK); //将socket设为非阻塞
memset(&sin, 0, sizeof(sin)); //bzero(&sin, sizeof(sin))
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
sin.sin_port = htons(port);
bind(lfd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin));
listen(lfd, 20);
/* void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void *), void *arg); */
eventset(&g_events[MAX_EVENTS], lfd, acceptconn, &g_events[MAX_EVENTS]);
/* void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s *ev) */
eventadd(efd, EPOLLIN, &g_events[MAX_EVENTS]);
return ;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = SERV_PORT;
if (argc == 2)
port = atoi(argv[1]); //使用用户指定端口.如未指定,用默认端口
g_efd = epoll_create(MAX_EVENTS+1); //创建红黑树,返回给全局 g_efd
if (g_efd <= 0)
printf("create efd in %s err %s\n", __func__, strerror(errno));
initlistensocket(g_efd, port); //初始化监听socket
struct epoll_event events[MAX_EVENTS+1]; //保存已经满足就绪事件的文件描述符数组
printf("server running:port[%d]\n", port);
int checkpos = 0, i;
while (1) {
/* 超时验证,每次测试100个链接,不测试listenfd 当客户端60秒内没有和服务器通信,则关闭此客户端链接 */
long now = time(NULL); //当前时间
for (i = 0; i < 100; i++, checkpos++) { //一次循环检测100个。 使用checkpos控制检测对象
if (checkpos == MAX_EVENTS)
checkpos = 0;
if (g_events[checkpos].status != 1) //不在红黑树 g_efd 上
continue;
long duration = now - g_events[checkpos].last_active; //客户端不活跃的世间
if (duration >= 60) {
close(g_events[checkpos].fd); //关闭与该客户端链接
printf("[fd=%d] timeout\n", g_events[checkpos].fd);
eventdel(g_efd, &g_events[checkpos]); //将该客户端 从红黑树 g_efd移除
}
}
/*监听红黑树g_efd, 将满足的事件的文件描述符加至events数组中, 1秒没有事件满足, 返回 0*/
int nfd = epoll_wait(g_efd, events, MAX_EVENTS+1, 1000);
if (nfd < 0) {
printf("epoll_wait error, exit\n");
break;
}
for (i = 0; i < nfd; i++) {
/*使用自定义结构体myevent_s类型指针, 接收 联合体data的void *ptr成员*/
struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)events[i].data.ptr;
if ((events[i].events & EPOLLIN) && (ev->events & EPOLLIN)) { //读就绪事件
ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
//lfd EPOLLIN
}
if ((events[i].events & EPOLLOUT) && (ev->events & EPOLLOUT)) { //写就绪事件
ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
}
}
}
/* 退出前释放所有资源 */
return 0;
}