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Libevent淺析

        

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介紹

libevent是一個輕量級的開源高性能事件驅(qū)動網(wǎng)絡庫，是一個典型的Reactor模型。其主要特點有事件驅(qū)動，高性能，跨平臺，統(tǒng)一事件源等等。
網(wǎng)上關于libevent的源碼分析有很多相關博客，本人在學習過程中也是借助了網(wǎng)絡。所以，在此，關于libevent中的許多具體實現(xiàn)部分就不做介紹，主要是從相關數(shù)據(jù)結構層面上去分析。僅供參考。

event結構體

  • libevent中的事件處理類型是event結構類型，event結構體封裝了句柄，事件類型，回調(diào)函數(shù)，以及其他必要的標志和數(shù)據(jù)，是整個libevent庫的核心。

  • 該結構的定義如下：

    struct event{    /*     * ev_next, ev_active_next都是雙向鏈表節(jié)點指針     * 它們是libevent對不同事件類型和在不同時期，對事件的管理時使用到的字段     *     * libevent使用雙向鏈表保存所有注冊的IO和signal事件     * ev_next 就是該IO事件在鏈表中的位置，稱此鏈表為已注冊事件鏈表     * ev_active_next: libevent將所有激活事件放入鏈表active list中，然后遍歷active list     * 執(zhí)行調(diào)度，ev_active_next就指明了event在active list中的位置     */
    TAILQ_ENTRY(event) ev_next;
    TAILQ_ENTRY(event) ev_active_next;    /*     * _ev 是一個聯(lián)合體，所有具有相同描述符的IO事件通過ev.ev_io.ev_io_next成員串聯(lián)成一個     * 尾隊列，稱之為IO事件隊列，所有具有相同信號值的信號事件通過ev.ev_signal.ev_signal_next     * 串聯(lián)成一個尾隊列，稱之為信號事件隊列。ev.ev_signal.ev_ncalls成員指定時間發(fā)生時，Reactor     * 需要執(zhí)行多少次該事件對應的回調(diào)函數(shù)，ev.ev_signal.ev_pcalls要么是NULL，要么執(zhí)行ev.ev_signal.ev_ncalls     */
    union{        struct {
            TAILQ_ENTRY(event) ev_io_next;            struct timeval ev_timeout;
        }ev_io;        struct {
            TAILQ_ENTRY(event) ev_signal_next;            short ev_ncalls;            short *ev_pcalls;
        }ev_signal;
    } _ev;    /*     * ev_timeout_pos是一個聯(lián)合體，它僅用于定時事件處理器，老版本libevnet中使用最小堆管理     * 定時器，但是開發(fā)者認為有時簡單鏈表的管理更加高效。所以新版本中引入了“通用定時器”的     * 概念。這些定時器不是存儲在時間堆中，而是存儲在尾隊列中，我們稱之為通用定時器隊列。     * 對于通用定時器而言，ev_timeout_pos中的ev_next_with_common_timeout成員指出了該定時器     * 在隊列中的位置；對于其他定時器，min_heap_idx成員指出了該定時器在時間堆中的位置。一個     * 定時器是否是通用定時器，取決于其超時值的大小。具體參考event.c中的is_common_timeout函數(shù)。     */
    union{
        TAILQ_ENTRY(event) ev_next_with_common_timeout;        int min_heap_idx;
    }ev_timeout_pos;    //如果是超時事件ev_timeout超時值
    struct timeval ev_timeout;    //ev_base ：該事件所屬的反應堆實例，這是一個event_base結構體
    struct event_base *ev_base;    //對于IO事件，是綁定的文件描述符，對于signal事件，是綁定的信號
    int ev_fd;    /*     * ev_events : event關注的事件類型，它可以是以下三種類型:     * IO事件：EV_WRITE /  EV_READ     * 定時事件： EV_TIMEOUT       * 信號： EV_SIGANL     *輔助選項： EV_PERSIST, 表明是一個永久事件     */
    short ev_events;  //各個事件可以使用 "|"運算符進行組合，信號和IO事件不能同時設置

    //事件就緒執(zhí)行時，調(diào)用ev_callback的次數(shù)，通常為1
    short ev_ncalls;    //指針，指向ev_ncalls或NULL
    short *ev_pncalls;  //allows deletes in callback

    int ev_pri;  //smaller numbers are higher priority

    //ev_callback：event回調(diào)函數(shù)，被ev_base調(diào)用，執(zhí)行事件處理程序，這是一個函數(shù)指針
    //其中fd對應ev_fd, events對應ev_events, arg對應ev_arg
    void (*ev_callback)(int , short, void *arg);    //void* 表明可以是任意類型，在設置event時指定
    void *ev_arg;    //記錄了當前激活事件的類型
    int ev_res;   //result passed to event callback

    /*     * libevent用于標記event信息的字段，表明當前的狀態(tài)    */
    int ev_flags;
};

    從event結構的定義可以看出，event中封裝了句柄，回調(diào)函數(shù)，和事件類型。包括該事件在相應鏈表或時間堆中的索引位置。宏TAILQ_ENTRY是尾隊列的節(jié)點類型，其定義為：

    #define TAILQ_ENTRY(type)       \    struct {                 \        struct type *tqe_next;  \  /*下一個元素*/   
        struct type **tqe_prev; \ /*前一個元素的地址*/  
    }

  • 每當有事件event轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)時，libevent就會把它移入到active event list[priority]中，其中priority是event的優(yōu)先級；接著libevent會根據(jù)自己的調(diào)度策略選擇就緒事件，調(diào)用其cb_callback()函數(shù)執(zhí)行事件處理。

事件處理框架 event_base

  • 結構體event_base是libevent的Reactor，其聲明如下：

    struct event_base {    /* 初始化Reactor的時候選擇一種后端IO復用機制，并記錄在如下字段中*/
    const struct eventop *evsel;    /*指向IO復用機制真正存儲的數(shù)據(jù)，它通過evsel成員的init函數(shù)來初始化*/
    void *evbase;    /* 指向信號的后端處理機制，目前僅在signal.h文件中定義了一種處理方法*/
    const struct eventop *evsigsel;    void *evsigbase;    /*信號處理器使用到的數(shù)據(jù)結構，其中封裝了一個socketpair創(chuàng)建的管道，它用于信號處理函數(shù)和事件多路分發(fā)器之間的通信。*/
    struct evsig_info sig;    /* 添加到該event_base的所有事件和激活事件的數(shù)量*/
    int event_count;        /**< counts number of total events */
    int event_count_active;     /**< counts number of active events */

    /* 是否執(zhí)行完活動事件隊列上的剩余任務之后就退出事件循環(huán) */
    int event_gotterm;      /**< Set to terminate loop once done
                 * processing events. */
    /* 是否立即退出事件循環(huán)，而不管是否還有任務需要處理 */
    int event_break;        /**< Set to exit loop immediately */

    /* 活動事件隊列數(shù)組。索引越小的隊列，優(yōu)先級越高。高優(yōu)先級的活動事件隊列中的事件處理器將被優(yōu)先處理*/
    struct event_list **activequeues;    /* 活動事件隊列數(shù)組的大小，即該event_base一共有nactivequeues個不同優(yōu)先級的活動事件隊列*/
    int nactivequeues;    /*是否應該啟動一個新的事件循環(huán)*/
    int event_continue;    //目前正在處理的活動事件隊列的優(yōu)先級
    int event_running_priority;    //事件循環(huán)是否已經(jīng)啟動
    int running_loop;    /** Deferred callback management: a list of deferred callbacks to
    * run active the active events. */
    TAILQ_HEAD (deferred_cb_list, deferred_cb) deferred_cb_list;    //文件描述符和IO事件之間的映射關系表
    struct event_io_map io;    /*信號值和信號事件之間的映射關系表*/
    struct event_signal_map sigmap;    /*注冊時間隊列，存放IO事件處理器和信號事件處理器*/
    struct event_list eventqueue;    /*時間堆*/
    struct min_heap timeheap;    //系統(tǒng)管理時間的一些成員
    struct timeval event_tv;    struct timeval tv_cache;
};

    其中：

    • evsel和evbase這兩個字段的額設置可能會讓人迷惑，可以將其看作是類和靜態(tài)函數(shù)的關系，比如添加事件時的調(diào)用行為：evsel->add(evbase, ev),實際上執(zhí)行操作的是evbase,這相當于class::add(instance, ev),instance就是class的一個實例。evsel指向全局變量static const struct eventop *eventops[]中的一個。eventops[]包含了select,poll,kequeue和epoll等等其中的若干個全局實例對象。evbase實際上是一個eventop實例對象。

    • eventop結構體，是一系列的函數(shù)指針，定義如下：

      struct eventop{    const char* name;    void *(*init)(struct event_base *);   //初始化
    int (*add)(void *, struct event *);  //注冊事件
    int (*del)(void *, struct event *);  //刪除事件
    int (*dispatch)(struct event_base*, void *, struct timeval *); //事件分發(fā)
    void (*dealloc)(struct event_base*, void *);  //注銷，釋放資源
    //set if we need to reinitialize the event_base
    int need_reinit;
};

      在libevent中，每個IO事件分發(fā)機制的實現(xiàn)都必須提供這五個函數(shù)接口。

  • 事件主循環(huán)主要是通過event_base_loop()函數(shù)來完成的。其代碼如下：

    int event_base_loop(struct event_base *base, int flags){    const struct eventop *evsel = base->evsel;    void *evbase = base->evbase;    struct timeval tv;    struct timeval *tv_p;    int res, done;    //清空時間緩存
    base->tv_cache.tv_sec = 0;    //evsignal_base是全局變量，在處理signal時，用于指明signal所屬的event_base實例
    if(base->sig.ev_signal_added)
        evsignal_base = base;

    done = 0;    //事件主循環(huán)
    while(!done){        //查看是否需要跳出循環(huán)，程序可以調(diào)用event_loopexit_cb()設置event_gotterm標記
        //調(diào)用event_base_loopbreak設置event_break標志
        if(base->event_gotterm){
            base->event_gotterm = 0;            break;
        }        if(base->event_break){
            base->event_break = 0;            break;
        }        //you cannot use this interface for multi-threaded apps
        while(event_gotsig){
            event_gotsig = 0;            if(event_sigcb){
                res = (*event_sigcb)();                if(res == -1){
                    errno = EINTR;                    return -1;
                }
            }
        }        //校正系統(tǒng)時間，如果系統(tǒng)使用的是非MONOTONIC時間，用戶可能會向后調(diào)整了系統(tǒng)時間
        //在timeout_correct函數(shù)中，比較last wait time和當前事件，如果
        //當前時間 < last wait time
        //表明時間有問題，這需要更新timer_heap中所有定時事件的超時時間
        timeout_correct(base, &tv);        //根據(jù)time heap中事件的最小超時時間，計算系統(tǒng)IO demultiplexer的最大等待時間
        tp_p = &tv;        if(!base->event_count_active && !(flags & EVLOOP_NONBLOCK)){
            timeout_next(base, &tv_p);
        }        else{            //依然有未處理的就緒時間，就讓IO demultiplexer立即返回，不必等待
            //下面會提到，在libevent中，低優(yōu)先級的就緒事件可能不能立即被處理
            evutil_timerclear(&tv);
        }        //如果當前沒有注冊事件，就退出
        if(!event_haveevents(base)){
            event_debug("%s: no events registered.", __func__);            return 1;
        }        //更新last wait time,并清空time cache
        gettime(base, &base->event_tv);
        base->tv_cache.tv_sec = 0;        //調(diào)用系統(tǒng)IO demultiplexer等待就緒IO events,可能是epoll_wait,或者select等
        //在evsel->dispatch()中，會把就緒signal event /  IO event插入到激活鏈表中
        res = evsel->dispatch(base, evbase, tv_p);        if(res == -1)            return -1;        //將time cache 賦值為當前系統(tǒng)時間
        gettime(base, &base->tv_cache);        //檢查heap中的timer events,將就緒的timer event從heap上刪除，并插入到激活鏈表中
        timeout_process(base);        //調(diào)用event_process_active()處理激活鏈表中的就緒event,調(diào)用其回調(diào)函數(shù)執(zhí)行事件處理
        //該函數(shù)會尋找最高優(yōu)先級(priority值越小優(yōu)先級越高)的激活事件鏈表
        //然后處理鏈表中的所有就緒事件
        //因此低優(yōu)先級的就緒事件可能得不得及時處理
        if(base->event_count_active){
            event_process_active(base);            if(!base->event_count_active && (flags & EVLOOP_ONCE))
                done = 1;
        }   
        else if(flags & EVLOOP_NONBLOCK)
            done = 1;
        }    //循環(huán)結束，清空時間緩存
    base->tv_cache.tv_sec = 0;

    event_debug("%s: asked to terminate loop.", __func__);    return 0;
}

  • 統(tǒng)一事件源，libevent將timer和signal事件都統(tǒng)一到了系統(tǒng)的IO demultiplex機制中

    • 通過socketpair來實現(xiàn)的。即一個socket對，其中有兩個socket，一個讀，一個寫。

    • 將讀socket在事件主循環(huán)實例中注冊一個讀事件，當信號發(fā)生時，往寫socket中寫入一個字符，通常為信號值，此時讀socket上有讀事件，觸發(fā)IO demultiplex讀事件，然后同普通的IO事件一起被處理即可。

    • timer和IO事件的統(tǒng)一。因為系統(tǒng)的IO機制，例如select()和epoll_wait()都允許程序制定一個最大的等待時間，根據(jù)所有timer事件中的最小超時時間來設置IO demultiplex的最大等待時間，當IO返回時，再激活所有就緒的timer事件就可以了，這樣就將timer事件完美融合到了系統(tǒng)的IO機制中了。

    • IO和signal的統(tǒng)一。因為signal的出現(xiàn)對進程來說是完全隨機的。所以當signal發(fā)生時，并不立即調(diào)用event的callback函數(shù)處理信號，而是設法通知系統(tǒng)的IO機制，讓其返回，然后再統(tǒng)一和IO事件，以及timer一起處理。

  • 事件主循環(huán)的流程如下

    1) 開始
2) 調(diào)整系統(tǒng)時間與否
3) 根據(jù)timer heap中的event的最小超時時間計算系統(tǒng)IO demultiplexer的最大等待時間
4) 更新last wait time, 并清空time cache5) 調(diào)用系統(tǒng)I/O demultiplexer等待就緒I/O events6) 檢查signal的激活標記，如果被設置，則檢查激活signal event,并將event插入到激活鏈表中7) 將就緒的I/O event插入到激活鏈表中8) 檢查heap中的timer events,將就緒的timer event從heap上刪除，并插入到激活鏈表中9) 根據(jù)優(yōu)先級處理激活鏈表中的就緒event,調(diào)用其回調(diào)函數(shù)執(zhí)行事件處理(優(yōu)先級越小越高)10) 結束

新聞名稱：Libevent淺析
網(wǎng)站路徑：http://www.rwnh.cn/article32/igidpc.html

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