Libevent源码分析-----跨平台Reactor接口的实现
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之前的博文讲了怎么实现线程、锁、内存分配、日志等功能的跨平台。Libevent最重要的跨平台功能还是实现了多路IO接口的跨平台(即Reactor模式)。这使得用户可以在不同的平台使用统一的接口。这篇博文就是来讲解Libevent是怎么实现这一点的。
Libevent在实现线程、内存分配、日志时，都是使用了函数指针和全局变量。在实现多路IO接口上时，Libevent也采用了这种方式，不过还是有点差别的。
相关结构体：
现在来看一下event_base结构体，下面代码只列出了本文要讲的内容：
//event-internal.h文件
struct event_base {
const struct eventop *evsel;
void *evbase;
…
};
struct eventop {
const char *name; //多路IO复用函数的名字
void *(*init)(struct event_base *);
int (*add)(struct event_base *, evutil_socket_t fd, short old, short events, void *fdinfo);
int (*del)(struct event_base *, evutil_socket_t fd, short old, short events, void *fdinfo);
int (*dispatch)(struct event_base *, struct timeval *);
void (*dealloc)(struct event_base *);
int need_reinit; //是否要重新初始化
//多路IO复用的特征。参考http://blog.csdn.net/luotuo44/article/details/38443569
enum event_method_feature features;
size_t fdinfo_len; //额外信息的长度。有些多路IO复用函数需要额外的信息
};
可以看到event_base结构体中有一个struct eventop类型指针。而这个struct eventop结构体的成员就是一些函数指针。名称也像一个多路IO复用函数应该有的操作：add可以添加fd，del可以删除一个fd，dispatch可以进入监听。明显只要给event_base的evsel成员赋值就能使用对应的多路IO复用函数了。
选择后端：
可供选择的后端：
现在来看一下有哪些可以用的多路IO复用函数。其实在Libevent的源码目录中，已经为每一个多路IO复用函数专门创建了一个文件，如select.c、poll.c、epoll.c、kqueue.c等。
打开这些文件就可以发现在文件的前面都会声明一些多路IO复用的操作函数，而且还会定义一个struct eventop类型的全局变量。如下面代码所示：
//select.c文件
static void *select_init(struct event_base *);
static int select_add(struct event_base *, int, short old, short events, void*);
static int select_del(struct event_base *, int, short old, short events, void*);
static int select_dispatch(struct event_base *, struct timeval *);
static void select_dealloc(struct event_base *);
const struct eventop selectops = {
"select",
select_init,
select_add,
select_del,
select_dispatch,
select_dealloc,
0, /* doesn't need reinit. */
EV_FEATURE_FDS,
0,
};
//poll.c文件
static void *poll_init(struct event_base *);
static int poll_add(struct event_base *, int, short old, short events, void *_idx);
static int poll_del(struct event_base *, int, short old, short events, void *_idx);
static int poll_dispatch(struct event_base *, struct timeval *);
static void poll_dealloc(struct event_base *);
const struct eventop pollops = {
"poll",
poll_init,
poll_add,
poll_del,
poll_dispatch,
poll_dealloc,
0, /* doesn't need_reinit */
EV_FEATURE_FDS,
sizeof(struct pollidx),
};
如何选定后端：
看到这里，读者想必已经知道，只需将对应平台的多路IO复用函数的全局变量赋值给event_base的evsel变量即可。可是怎么让Libevent根据不同的平台选择不同的多路IO复用函数呢？另外像大部分OS都会实现select、poll和一个自己的高效多路IO复用函数。怎么从多个中选择一个呢？下面看一下Libevent的解决方案吧：
//event.c文件
#ifdef _EVENT_HAVE_EVENT_PORTS
extern const struct eventop evportops;
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_SELECT
extern const struct eventop selectops;
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_POLL
extern const struct eventop pollops;
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_EPOLL
extern const struct eventop epollops;
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_WORKING_KQUEUE
extern const struct eventop kqops;
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_DEVPOLL
extern const struct eventop devpollops;
#endif
#ifdef WIN32
extern const struct eventop win32ops;
#endif
/* Array of backends in order of preference. */
static const struct eventop *eventops[] = {
#ifdef _EVENT_HAVE_EVENT_PORTS
&evportops,
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_WORKING_KQUEUE
&kqops,
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_EPOLL
&epollops,
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_DEVPOLL
&devpollops,
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_POLL
&pollops,
#endif
#ifdef _EVENT_HAVE_SELECT
&selectops,
#endif
#ifdef WIN32
&win32ops,
#endif
NULL
};
它根据宏定义判断当前的OS环境是否有某个多路IO复用函数。如果有，那么就把与之对应的struct eventop结构体指针放到一个全局数组中。有了这个数组，现在只需将数组的某个元素赋值给evsel变量即可。因为是条件宏，在编译器编译代码之前完成宏的替换，所以是可以这样定义一个数组的。关于这些检测当前OS环境的宏，可以参考《event-config.h指明所在系统的环境》。
从数组的元素可以看到，低下标存的是高效多路IO复用函数。如果从低到高下标选取一个多路IO复用函数，那么将优先选择高效的。
具体实现：
现在看一下Libevent是怎么选取一个多路IO复用函数的：//event.c文件
struct event_base *
event_base_new_with_config(const struct event_config *cfg)
{
int i;
struct event_base *base;
int should_check_environment;
//分配并清零event_base内存. event_base里的所有成员都会为0
if ((base = mm_calloc(1, sizeof(struct event_base))) == NULL) {
event_warn("%s: calloc", __func__);
return NULL;
}
...
should_check_environment =
!(cfg && (cfg->flags & EVENT_BASE_FLAG_IGNORE_ENV));
//遍历数组的元素
for (i = 0; eventops[i] && !base->evbase; i++) {
if (cfg != NULL) {
/* determine if this backend should be avoided */
if (event_config_is_avoided_method(cfg,
eventops[i]->name))
continue;
if ((eventops[i]->features & cfg->require_features)
!= cfg->require_features)
continue;
}
/* also obey the environment variables */
if (should_check_environment &&
event_is_method_disabled(eventops[i]->name))
continue;
//找到了一个满足条件的多路IO复用函数
base->evsel = eventops[i];
//初始化evbase，后面会说到
base->evbase = base->evsel->init(base);
}
if (base->evbase == NULL) {
event_warnx("%s: no event mechanism available",
__func__);
base->evsel = NULL;
event_base_free(base);
return NULL;
}
....
return (base);
}可以看到，首先从eventops数组中选出一个元素。如果设置了event_config，那么就对这个元素(即多路IO复用函数)特征进行检测，看其是否满足event_config所描述的特征。关于event_config，可以查看《多路IO复用函数的选择配置》。
后端数据存储结构体：
在本文最前面列出的event_base结构体中，除了evsel变量外，还有一个evbase变量。这也是一个很重要的变量，而且也是用于跨平台的。
像select、poll、epoll之类多路IO复用函数在调用时要传入一些数据，比如监听的文件描述符fd，监听的事件有哪些。在Libevent中，这些数据都不是保存在event_base这个结构体中的，而是存放在evbase这个指针指向的一个结构体中。
IO复用结构体：
由于不同的多路IO复用函数需要使用不同格式的数据，所以Libevent为每一个多路IO复用函数都定义了专门的结构体(即结构体是不同的)，本文姑且称之为IO复用结构体。evbase指向的就是这些结构体。由于这些结构体是不同的，所以要用一个void类型指针。
在select.c、poll.c这类文件中都定义了属于自己的IO复用结构体，如下面代码所示：//select.c文件
struct selectop {
int event_fds; /* Highest fd in fd set */
int event_fdsz;
int resize_out_sets;
fd_set *event_readset_in;
fd_set *event_writeset_in;
fd_set *event_readset_out;
fd_set *event_writeset_out;
};
//poll.c文件
struct pollop {
int event_count; /* Highest number alloc */
int nfds; /* Highest number used */
int realloc_copy; /* True iff we must realloc
* event_set_copy */
struct pollfd *event_set;
struct pollfd *event_set_copy;
};
前面event_base_new_with_config的代码中，有下面一行代码：
base->evbase = base->evsel->init(base);//poll.c文件
static void *
poll_init(struct event_base *base)
{
struct pollop *pollop;
if (!(pollop = mm_calloc(1, sizeof(struct pollop))))
return (NULL);
evsig_init(base);//其他的一些初始化
return (pollop);
}
经过上面的一些处理后，Libevent在特定的OS下能使用到特定的多路IO复用函数。在之前博文中说到的evmap_io_add和evmap_signal_add函数中都会调用evsel->add。由于在新建event_base时就选定了对应的多路IO复用函数，给evsel、evbase变量赋值了，所以evsel->add能把对应的fd和监听事件加到对应的IO复用结构体保存。比如poll的add函数在一开始就有下面一行代码：
struct pollop*pop = base->evbase;当然，poll的其他函数在一开始时也是会有这行代码的，因为要使用到fd和对应的监听事件等数据，就必须要获取那个IO复用结构体。
由于有evsel和evbase这个两个指针变量，当初始化完成之后，再也不用担心具体使用的多路IO复用函数是哪个了。evsel结构体的函数指针提供了统一的接口，上层的代码要使用到多路IO复用函数的一些操作函数时，直接调用evsel结构体提供的函数指针即可。也正是如此，Libevent实现了统一的跨平台Reactor接口。