从epoll构建muduo-11 单线程Reactor网络模型成型

mini-muduo版本传送门
version 0.00 从epoll构建muduo-1 mini-muduo介绍
version 0.01 从epoll构建muduo-2 最简单的epoll
version 0.02 从epoll构建muduo-3 加入第一个类,顺便介绍Reactor
version 0.03 从epoll构建muduo-4 加入Channel
version 0.04 从epoll构建muduo-5 加入Acceptor和TcpConnection
version 0.05 从epoll构建muduo-6 加入EventLoop和Epoll
version 0.06 从epoll构建muduo-7 加入IMuduoUser
version 0.07 从epoll构建muduo-8 加入发送缓冲区和接收缓冲区
version 0.08 从epoll构建muduo-9 加入onWriteComplate回调和Buffer
version 0.09 从epoll构建muduo-10 Timer定时器
version 0.11 从epoll构建muduo-11 单线程Reactor网络模型成型
version 0.12 从epoll构建muduo-12 多线程代码入场
version 0.13 从epoll构建muduo-13 Reactor + ThreadPool 成型

mini-muduo v0.11版本,修整代码版本。mini-muduo完整可运行的示例可从github下载,使用命令git checkout v0.11可切换到此版本,在线浏览此版本到这里。

这个版本的改动不大,主要修改了命名规范,可读性以及32-bit/64-bit问题,借着这个版本重点分析一下muduo里的三个文件描述符。


命名规范

1 Channel::getSocketfd() 改为Channel::getfd() 

Channel一开始只是用来包装socket描述符的,但是后面eventfd和timerfd都加入进来,所以改名为getfd()才合适。

2 修改了几个Channel成员变量的命名,直接用Channel所包装的文件描述符命名,更直观,比如下面这几个。

_wakeupChannel => _pEventfdChannel

_pChannel=>_pSocketChannel

_pAcceptChannel=>_pSocketAChannel

可读性

去掉了只有在多线程版本里才需要的wakeup调用(位于EventLoop::queueLoop)

32-bit/64-bit

把定时器ID的数据类型从int改为long


三种文件描述符

Muduo里有三个重要的文件描述符,1 socket fd 2 event fd 3 timer fd,这三个文件描述符外加一个epoll循环构成了整个程序运行的框架。可以看出,muduo库作者有意把各种需求都整合到epoll里,后续甚至连任务在多个线程间的分发都交给了epoll描述符。我们只要明白了muduo的这种独特设计思路,就几乎理解了其完整工作流程。

从epoll构建muduo-11 单线程Reactor网络模型成型_第1张图片

图示表明了这三个文件描述符在epoll_wait中的执行流程。主流程里有一个while循环(位于EventLoop.cc中),不断调用epoll_wait来尝试获得新的通知,三种描述符都已经被加入epoll_wait监听,所以三个描述符上只要有read类事件发生,epoll_wait会返回,对应的Channel::handleRead()会被调用。三种描述符有各自的处理流程,handleRead处理完毕后,while循环还未完结,需要继续调用doPendingFunctors(位于EventLoop.cc中)来执行异步待处理的回调,之后完成本次循环。

注意虚线部分为多线程版本才需要的代码,在当前版本可忽略。

1 socket fd
作为网络IO的核心,socket描述符的作用不必多说,所有的网络数据输入输出都通过它来完成。(之前的介绍可参看 链接 <<从epoll构建muduo-5 加入Acceptor和TcpConnection>>)。有两种socket描述符,一种用来listen新的连接,另一种用来读写数据,这里我们只关心后者。对读写数据的socket(位于TcpConnection.cc中)来说,其handleRead,或者更直接点是用户回调里的onMessage(),也就是服务器收到一个协议后的处理逻辑。可能会有下面这些操作,比如”读写数据库“或者"触发一个异步调用"或者"开启定时器做事情"等等,由于后两个操作会与eventfd/timerfd产生关联,所以这里只画出了这两个操作。这两个操作分别对应于EventLoop::queueLoop方法和TimerQueue::addTimer方法。


2 event fd

提供了一个异步调用接口,这个异步调用可能来自本线程(比如本线程的Timer),或者来自其他线程(多线程的章节涉及,先忽略),之前的介绍参看 连接 <<从epoll构建muduo-9 加入onWriteComplate回调和Buffer>>

从epoll构建muduo-11 单线程Reactor网络模型成型_第2张图片

异步调用过程如下

1 通过调用EventLoop::queryLoop送入一个IRun*和一个void*参数,后续当异步调用发生时,参数会被重新送给IRun。

2 EventLoop::queryLoop的实现做了一件事

    1把一个IRun放到pending vector(即图中vectorA)

3 socket的handleRead()之后调用doPendingFunctors,这里会遍历pending vector,并触发我们刚放入的IRun(void*),本次epoll循环结束。


3 timerfd

实现了定时器功能。(之前的介绍参看 连接 <<从epoll构建muduo-10 Timer定时器>>)

从epoll构建muduo-11 单线程Reactor网络模型成型_第3张图片

1 添加定时器的入口TimerQueue::addTimer,这是一个异步操作,是通过EventLoop::queryLoop实现的。
2 按照刚才讲的event fd处理流程,异步操作会在之后的doPendingFunctors触发,被触发的将是TimerQueue::doAddTimer函数。

3 TimerQueue::doAddTimer做下面两件事

    1将Timer插入定时器集合中(vectorB)

    2找出这个定时器是否比已知定时器里最早要发生的定时器还早,如果是,则调用resetTimerfd()将timer fd往更早修改。

4 当Timerfd对应的定时器时间到后,epoll_wait会返回,这导致timer fd的handleRead()被调用。handleRead做了下面的事情

    1 遍历定时器列表,将当前事件之前应该触发的调用全部调用一次IRun

    2 找到已经触发过,但是需要重复执行的定时器,将其后延一个时间单位,插入到定时器回调集合中(VectorB)

    3 从定时器回调集合(vectorB)里找出最近的一个未执行的条目,然后设置timer fd到这个时间。

5 定时器完整过程处理完毕。


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