Linux(服务器编程):15---两种高效的事件处理模式（reactor模式、proactor模式）

前言

• 同步I/O模型通常用于实现Reactor模式
• 异步I/O模型则用于实现Proactor模式
• 最后我们会使用同步I/O方式模拟出Proactor模式

一、Reactor模式

Reactor模式特点

• 它要求主线程（I/O处理单元）只负责监听文件描述符上是否有事件发生，有的话就立即将时间通知工作线程（逻辑单元）。除此之外，主线程不做任何其他实质性的工作
• 读写数据，接受新的连接，以及处理客户请求均在工作线程中完成

Reactor模式的工作流程

• ①主线程往epoll内核事件表中注册socket上有数据可读
• ②主线程调用epoll_wait等待socket上有数据可读
• ③当socket上有数据可读时，epoll_wait通知主线程。主线程则将socket可读事件放入请求队列
• ④睡眠在请求请求队列上的某个工作线程被唤醒，它从socket读取数据，并处理客户请求，然后往epoll内核事件表中注册该socket上的写就绪时间
• ⑤主线程调用epoll_wait等到socket可写
• ⑥当socket可写时，epoll_wait通知主线程。主线程将socket可写事件放入请求队列
• ⑦睡眠在请求队列上的某个工作线程被唤醒，它向socket上写入服务器处理客户请求的结果

二、Proactor模式

Proactor模式特点

• 与Reactor不同，Proactor模式将所有的I/O操作都交给主线程和内核来处理，工作线程仅仅负责业务逻辑

Proactor模式的工作流程

• ①主线程调用aio_read函数向内核注册socket上读完成事件，并告诉内核用户读缓冲区的位置，以及读操作完成时如何通知应用程序（这里以信号为例）
• ②主线程继续处理其他逻辑
• ③当socket上的数据被读入用户缓冲区后，内核将向应用程序发送一个信号，以通知应用程序数据已经可用
• ④应用程序预先定义好的信号处理函数选择一个工作线程来处理客户请求。工作线程处理完客户请求之后，调用aio_write函数向内核注册socket上的写完成事件，并告诉内核用户写缓冲区的位置，以及写操作完成时如何通知应用程序（这里以信号为例）
• ⑤主线程继续处理其他逻辑
• ⑥当用户缓冲区的数据被写入socket之后，内核将向应用程序发送一个信号，以通知应用程序数据已经发送完毕
• ⑦应用程序预先定义好的信号处理函数选择一个工作线程来做善后处理，比如决定是否关闭socket

• 在上图中，连接socket上的读写事件是通过aio_read/aio_write向内核注册的，因此内核将通过信号来向应用程序报告连接socket上的读写事件。所以，主线程的epoll_wait调用仅能用来检测监听socket上的连接请求事件，而不能用来检测连接socket的读写事件

三、使用同步I/O模拟Proactor模式

原理：

• 主线程执行数据读写操作，读写完成之后，主线程向工作线程通知这一“完成事件”。那么从工作线程的角度来看，它们就直接获得了数据读写的结果，接下来要做的只是对读写的结果进行逻辑处理

工作流程：

• ①主线程往epoll内核事件表中注册socket上的读就绪事件
• ②主线程调用epoll_wait等待socket上有数据可读
• ③当socket上有数据可读时，epoll_wait通知主线程。主线程从socket循环读取数据，直到没有更多数据可读，然后将读取到的数据封装成一个请求对象并插入请求队列
• ④睡眠在请求队列上的某个工作线程被唤醒，它获得请求对象并处理客户请求，然后往epoll内核事件表中注册socket上的写就绪事件
• ⑤主线程调用epoll_wait等到socket可写
• ⑥当socket可写时，epoll_wait通知主线程。主线程往socket上写入服务器处理客户请求的结果