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目录
如何将epoll的IO驱动封装成reactor事件反应堆驱动
前言
- 亲爱的各位友友们, 小杰从今天开始就自己网络服务器开发方向所学的东西，边学边写随笔，这个系列从epoll 封装 reactor 作为开始, 从0 到 1，小杰也是一样的从0 到 1，小杰之前学习网络高级IO的时候，学会了select poll 和 epoll 等支持IO多路复用的系统调用，但是都是处在很浅显的部分. 做过一部分练习，也是根据接口来封装出最简单的服务器，但是这些都没有借鉴过源码的精华
- 所写的东西几乎都是根据自己的理解来写，但是小杰发现封装性不强，而且感觉写的东西很散，没有框架性，然后小杰为了想要走服务器开发方向，于是在网上找了一家机构进行系统的学习。 之后小杰会将所学尽数写成博文随笔，跟各位博友们相互分享讨论技术。 如果您看完小杰的博文觉得有所问题，请在评论区中给出您宝贵的意见，小杰会万分的感谢， 如果您觉得系列对自己有所帮助，麻烦关注下小杰，让我们共同学习进步
reactor是什么,如何理解?
- reactor是一种设计模式, 是服务器的重要模型, 框架： 是一种事件驱动的反应堆模式, 高效的事件处理模型
- reactor 反应堆: 事件来了，执行，事件类型可能不尽相同，所以我们需要提前注册好不同的事件处理函数. 事件到来就由 epoll_wait 获取同时到来的多个事件，并且根据数据的不同类型将事件分发给事件处理机制 (事件处理器)， 也就是我们提前注册的哪些接口函数
- 思考reactor模型的设计思想和思维方式： 它需要的是事件驱动，相应的事件发生，我们需要根据事件自动的调用相应的函数，所以我们需要提前注册好处理函数的接口到reactor中, 函数是由reactor去调用的，而不是再主函数中直接进行调用的, 所以我需要使用回调函数. ——– 本质：函数指针
- reactor中的 IO 使用的是select poll epoll 这种多路复用IO, 以便提高 IO 事件的处理能力，提高IO事件处理效率，支持更高的并发
reactor所需组件流程分析
Reactor 模式是处理并发 I/O 比较常见的一种模式，用于同步 I/O，中心思想是将所有要处理的 I/O 事件注册到一个 I/O 多路复用器上，同时主线程/进程阻塞在多路复用器上； 一旦有 I/O 事件到来或是准备就绪(文件描述符或 socket 可读、写)，多路复用器返回并将事先注册的相应 I/O 事件分发到对应的处理器中。
组件
- 多路复用器 ：由操作系统提供，在 linux 上一般是 select, poll, epoll 等系统调用
- 事件分发器 ：将多路复用器中返回的就绪事件分到对应的处理函数中，分发给事件处理器
- 事件处理器 ：处理对应的IO事件
流程
- 注册事件 和 对应的事件处理器
- 多路复用器等待事件到来
- 事件到来，激发事件分发器分发事件到对应的处理器
- 事件处理器处理事件，然后注册新的事件, （比如处理读事件，处理完成之后需要将其设置为写事件再注册，因为读取之后我们需要针对业务需求进行数据处理，之后将其send 回去响应客户端结果，所以自然需要改成写事件,也就需要从新注册）
如何将epoll的IO驱动封装成reactor事件反应堆驱动
- 其实现在流程还有运作方式已经清楚了，然后关键在于这个封装上了，IO事件fd应该如何封装，reactor又应该如何封装
- 首先事件我们需要接口API, 为了后序可以使用reactor进行调用api函数, 然后 fd 肯定也是需要的，然后为了便于数据的临时存储我们需要用户态的recvbuffer 和 sendbuffer, 然后用户态的两个缓冲区中数据所占的大小我们也需要封装进去, why？ 因为 我们 send 和 recv的时候都需要传入这两个参数. 于是这样一分析大体框架出来了
- 这个回调函数我们应该如何设置？ 才能符合我们后序的需求?
首先我们肯定需要传入的是 fd 作为参数, 然后我们需要传入事件类型events 还有我们需要传入sockitem 结构体指针, 因为如果是读IO事件我们需要将从客户端读取的数据写入到sockitem的处在用户空间的recvbuffer中去, 以及如果是写IO事件我们需要将sockitem的处在用户空间的sendbuffer中的数据写回客户端
然后针对返回值我们设置为int类型即可， 所以接口设计为了如下结果,
- 然后就是针对reactor的封装了
首先我们肯定需要一个epoll句柄，所以epfd肯定需要封装进去，其次我们需要一个容器存储触发的IO事件，至此我们应该设置一个 sruct epoll_event events[512];在其中存储触发的IO事件,也就是将所有需要的全局数据封装成reactor
reactor分块分析实现
注册事件处理器部分流程
多路复用器监视多路IO事件
事件分发器分发事件给对应的处理器
各种具体的事件处理器的分析
accept_cb : 新连接到来事件处理器
recv_cb ： 处理读事件的处理器
send_cb 写事件处理器
reactor整体代码以及测试结果
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/epoll.h> #include <errno.h> #include <fcntl.h> typedef struct sockaddr SA; #define BUFFSIZE 1024 struct sockitem { int sockfd; //事件处理器，处理函数回调接口 int (*callback)(int fd, int events, void* arg); //读写函数 char recvbuffer[BUFFSIZE]; char sendbuffer[BUFFSIZE]; //读写字节数 int rlen; int slen; }; struct reactor { int epfd; struct epoll_event events[512]; }; //定义全局的eventloop --> 事件循环 struct reactor* eventloop = NULL; //申明这些事件处理器函数 int recv_cb(int fd, int events, void *arg); int accept_cb(int fd, int events, void* arg); int send_cb(int fd, int evnts, void* arg); int recv_cb(int fd, int events, void *arg) { struct sockitem* si = (struct sockitem*)arg; struct epoll_event ev;//后面需要 //处理IO读事件 int ret = recv(fd, si->recvbuffer, BUFFSIZE, 0); if (ret < 0) { if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { // return -1; } else { } //出错了，从监视IO事件红黑树中移除结点，避免僵尸结点 ev.events = EPOLLIN; epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev); close(fd); free(si); } else if (ret == 0) { //对端断开连接 printf("fd %d disconnect\n", fd); ev.events = EPOLLIN; epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev); //close同一断开连接，避免客户端大量的close_wait状态 close(fd); free(si); } else { //打印接收到的数据 printf("recv: %s, %d Bytes\n", si->recvbuffer, ret); //设置sendbuffer si->rlen = ret; memcpy(si->sendbuffer, si->recvbuffer, si->rlen); si->slen = si->rlen; //注册写事件处理器 struct epoll_event ev; ev.events = EPOLLOUT | EPOLLET; si->sockfd = fd; si->callback = send_cb; ev.data.ptr = si; epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev); } } int accept_cb(int fd, int events, void* arg) { //处理新的连接。 连接IO事件处理流程 struct sockaddr_in cli_addr; memset(&cli_addr, 0, sizeof(cli_addr)); socklen_t cli_len = sizeof(cli_addr); int cli_fd = accept(fd, (SA*)&cli_addr, &cli_len); if (cli_fd <= 0) return -1; char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = {0}; //存储cli_ip printf("Recv from ip %s at port %d\n", inet_ntop(AF_INET, &cli_addr.sin_addr, cli_ip, sizeof(cli_ip)), ntohs(cli_addr.sin_port)); //注册接下来的读事件处理器 struct epoll_event ev; ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; struct sockitem* si = (struct sockitem*)malloc(sizeof(struct sockitem)); si->sockfd = cli_fd; si->callback = recv_cb;//设置事件处理器 ev.data.ptr = si; epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_ADD, cli_fd, &ev); return cli_fd; } int send_cb(int fd, int events, void* arg) { //处理send IO事件 struct sockitem *si = (struct sockitem*)arg; send(fd, si->sendbuffer, si->slen, 0); //再次注册IO读事件处理器 struct epoll_event ev; ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; si->sockfd = fd; si->callback = recv_cb;//设置事件处理器 ev.data.ptr = si; epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev); } int main(int argc, char* argv[]) { if (argc != 2) { fprintf(stderr, "uasge: %s <port>", argv[0]); return 1; } int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in serv_addr; int port = atoi(argv[1]); //确定服务端协议地址簇 memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; serv_addr.sin_port = htons(port); //进行绑定 if (-1 == bind(sockfd, (SA*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))) { fprintf(stderr, "bind error"); return 2; } if (-1 == listen(sockfd, 5)) { fprintf(stderr, "listen error"); return 3; } //init eventloop eventloop = (struct reactor*)malloc(sizeof(struct reactor)); //创建epoll句柄. eventloop->epfd = epoll_create(1); //注册建立连接IO事件处理函数 struct epoll_event ev; ev.events = EPOLLIN; struct sockitem* si = (struct sockitem*)malloc(sizeof(struct sockitem)); si->sockfd = sockfd; si->callback = accept_cb;//设置事件处理器 ev.data.ptr = si; //将监视事件加入到reactor的epfd中 epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev); while (1) { //多路复用器监视多个IO事件 int nready = epoll_wait(eventloop->epfd, eventloop->events, 512, -1); if (nready < -1) { break; } int i = 0; //循环分发所有的IO事件给处理器 for (i = 0; i < nready; ++i) { if (eventloop->events[i].events & EPOLLIN) { struct sockitem* si = (struct sockitem*)eventloop->events[i].data.ptr; si->callback(si->sockfd, eventloop->events[i].events, si); } if (eventloop->events[i].events & EPOLLOUT) { struct sockitem* si = (struct sockitem*)eventloop->events[i].data.ptr; si->callback(si->sockfd, eventloop->events[i].events, si); } } } return 0; }
总结本章
- 本章的核心是实现了一个网络经典模型，设计模式reactor 事件循环，事件驱动的反应堆模式.
- 组件: 事件处理器 ：回调函数callback 事件分发器 (将事件分发给对应的事件处理器), 多路复用器 (select poll epoll 等操作系统提供的多路复用技术)
- 流程：
- 注册事件处理器，和书写事件处理函数
- 多路复用监视多路IO事件的来临
- 将触发的IO事件分发到对应的事件处理器中进行处理
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