Boost asio 原理详解分析：linux 封装 epoll实现/ windows iocp 实现

http://www.cnblogs.com/sanjin/archive/2012/08/10/2631556.html

http://blog.chinaunix.net/uid-23093301-id-2942313.html

这两天事情不多,简单看了下boost.asio的源码,因为asio采用proactor模式,而windows下的IOCP本身就是这个模式的体现,所以将精力集中在了asio在linux下的实现(asio在windows下采用了IOCP,linux下用epoll,还有其它的一些实现如kqueue,select等).

在高性能服务器并发模型设计中,Reactor和Proactor是两个经常用到的设计模式,前者用于同步IO,后者用于异步IO,前者在IO操作就绪的情况下通知用户,用户再采取实际的IO操作,后者是在IO操作完成后通知用户,举个简单的例子,比如说你有一封信到了邮局,Reactor模式就是邮局的人到你家来告诉你说你有信件,然后你到邮局去拿,而Proactor模式则是邮局的把信件送到了你家.在我看来IOCP的设计就是Proactor模式的完美体现,而epoll则很容易实现Reactor模式,asio设计为跨平台,并且在linux下采用epoll,我的印象中linux对异步IO的支持没有windows那么完善(看看IOCP和epoll模型的区别就知道),那么asio是怎么用epoll机制实现proactor模式的呢,刚开始想的是应该在应用层做了一层封装,就是asio内部应该有某个循环调用epoll_wait,当有IO事件就绪时帮用户做一些操作(比如把数据拷贝到我们提交的缓冲区),然后在操作完成的时候调用我们的handler(后来看代码基本是这样).OK,不说废话了.

 

 

Boost ASIO proactor 浅析 2011-10-07 18:36:35

分类： C/C++

Boost ASIO proactor  浅析前情提要：

Boost asio 的socket的异步非阻塞模式才有的是proactor模式，当IO操作介绍后回调相应的处理函数。ASIO在Linux平台下的实现基于epoll，但是epoll只支持reactor模式，ASIO通过封装在epoll上实现了proactor。提到ASIO proactor，ASIO中的所有异步操作都是基于io_service实现的，io_service是ASIO中的任务队列，并且他负责调用epoll_wait等待IO事件到来，对io_service的实现参加前边的blog：http://www.cnblogs.com/zhiranok/archive/2011/09/04/boost_asio_io_service_CPP.html 

Proactor  和  Rector ：

两种设计模式网上已经有很多种解释，这两种模式都是针对IO操作的，我的理解是Rector只是告诉调用者什么时候事件到来，但是需要进行什么操作，需要调用者自己处理。Preactor不是当事件到来时通知，而是针对此事件对应的操作完成时，通知调用者，一般通知方式都是异步回调。举例，Reactor中注册读事件，那么文件描述符可读时，需要调用者自己调用read系统调用读取数据，若工作在Preactor模式，注册读事件，同时提供一个buffer用于存储读取的数据，那么Preactor通过回调函数通知用户时，用户无需在调用系统调用读取数据，因为数据已经存储在buffer中了。显然epoll是Reactor的。

ASIO  的实现：Epoll 的封装：

l boost/asio/detail/epoll_reactor.hpp 是epoll_reatcor的封装，class epoll_reactor有两个作用，任务队列和调用epoll_wait，支持的操作类型有read、write、connect、except。其实现文件为boost/asio/etail/impl/epoll_reactor.ipp，主要的实现逻辑有run和start_op。

n Run函数的逻辑是：调用一次epoll_wait，得到相应的IO事件

n 遍历相应IO事件，若是专门用于中断epoll操作的文件描述符那么跳过

n 若是用于定时器的文件描述符，则设置标志变量check_timers为true

n 若是基本IO事件，依次检查其IN、OUT事件，except事件会首先检测，将次事件对应的队列上的操作全部执行完毕（先调用io_servie::post，然后被调用）。

n 若check_timers标志变量被设置，那么将已经超时的操作通过io_service::post调用

l start_op的实现：

n Start_op需要事件的类型、文件描述符、回调函数做参数，首先调用perform，也就是直接send，send若成功直接调用io_service::post调用回调函数

n 如果文件描述符没有注册到epoll_wait，那么EPOLLIN | EPOLLERR | EPOLLHUP | EPOLLOUT | EPOLLPRI | EPOLLET 全部注册到epoll_wait。

n 每个文件描述符有自己的队列，该事件的回调函数会被添加到队列中。

boost::asio::ip::tcp::socket 中的异步方法的实现

l Socket中有async_打头的许多异步方法，这里已async_send为例

l boost/asio/ip/tcp.hpp 声明了tcp::socket的原型，实际原型是

typedef basic_stream_socket socket;

l basic_stream_socket是模板类，声明在boost/asio/basic_stream_socket.hpp文件中，async_send操作只是简单的为

this->service.async_send(this->implementation, buffers, 0, handler);

而service的原型是什么呢？

basic_stream_socket继承于basic_socket，而 stream_socket_service声明文件为boost/asio/stream_socket_service.hpp，L60中

typedef detail::reactive_socket_service service_impl_type;告诉我们service的原 型是detail::reactive_socket_service，其声明文件为

boost/asio/detail/reactive_socket_service.hpp

l async_send操作实现逻辑为：

n 先分配一个回调函数，调用start_op，start_op的实现在detail/reactive_socket_service_base.ipp文件中，只是简单的向epoll_reactor调用start_op方法注册write_op。start_op在上面的段落中已经讲到了。