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libevent源码深度剖析.pdf

发布时间：2022-06-27 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.56M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    libevent源码深度剖析
    目录
    一 序幕
    1 前言
    2 Libevent简介
    3 学习的好处
    二Reactor模式
    1 Reactor的事件处理机制
    2 Reactor模式的优点
    3 Reactor模式框架
    4 Reactor事件处理流程
    5 小结
    三 基本使用场景和事件流程
    1 前言
    2 基本应用场景
    3 实例代码
    4 事件处理流程
    5 小结
    四 libevent源代码文件组织
    1 前言
    2 源代码组织结构
    3 小结
    五 libevent的核心：事件event
    1 libevent的核心-event
    2 libevent对event的管理
    3 事件设置的接口函数
    4 小结
    六 初见事件处理框架
    1 事件处理框架-event_base
    2 创建和初始化event_base
    3 接口函数
    4 小节
    七 事件主循环
    1 阶段性的胜利
    2 事件处理主循环
    3 I/O和Timer事件的统一
    4 I/O和Signal事件的统一
    5 小节
    八 集成信号处理
    1 集成策略——使用socket pair
    2 集成到事件主循环——通知event_base
    4 evsignal_info结构体
    5 注册、注销signal事件
    5 小节
    九 集成定时器事件
    1 集成到事件主循环
    2 Timer小根堆
    3 小节
    十 支持I/O多路复用技术
    1 统一的关键
    2 设置I/O demultiplex机制
    3 小节
    十一 时间管理
    1 初始化检测
    2 时间缓存
    3 时间校正
    4 小节
    十二 让libevent支持多线程
    1 错误使用示例
    2 支持多线程的几种模式
    3 例子——memcached
    4 小节
    libevent 源码深度剖析 张亮 Email: sparling.liang@hotmail.com 1
    回想刚开始写时，就冠以“深度剖析”的名称，也是为了给自己一些压力，以期能写好 这一系列文章，对 libevent 源代码的各方面作详细的分析；现在看来也算是达到了最初的目 的。希望能给学习和使用 libevent 的朋友们有所帮助。 Email：sparkling.liang@hotmail.com 张亮 2
    目录 libevent源码深度剖析......................................................................................................................1 目录 ..................................................................................................................................................3 一 序幕.............................................................................................................................................5 1 前言...............................................................................................................................5 2 Libevent简介 .................................................................................................................5 3 学习的好处...................................................................................................................5 二Reactor模式 ..................................................................................................................................6 1 Reactor的事件处理机制 ...............................................................................................6 2 Reactor模式的优点 .......................................................................................................6 3 Reactor模式框架 ...........................................................................................................6 4 Reactor事件处理流程 ...................................................................................................8 5 小结...............................................................................................................................9 三 基本使用场景和事件流程.......................................................................................................10 1 前言.............................................................................................................................10 2 基本应用场景.............................................................................................................10 3 实例代码.....................................................................................................................11 4 事件处理流程.............................................................................................................11 5 小结.............................................................................................................................12 四 libevent源代码文件组织..........................................................................................................13 1 前言.............................................................................................................................13 2 源代码组织结构.........................................................................................................13 3 小结.............................................................................................................................14 五 libevent的核心：事件event .....................................................................................................15 1 libevent的核心-event...................................................................................................15 2 libevent对event的管理 ................................................................................................16 3 事件设置的接口函数.................................................................................................17 4 小结.............................................................................................................................18 六 初见事件处理框架...................................................................................................................19 1 事件处理框架-event_base..........................................................................................19 2 创建和初始化event_base...........................................................................................20 3 接口函数.....................................................................................................................20 4 小节.............................................................................................................................23 七 事件主循环...............................................................................................................................24 1 阶段性的胜利.............................................................................................................24 2 事件处理主循环.........................................................................................................24 3 I/O和Timer事件的统一...............................................................................................27 4 I/O和Signal事件的统一 ..............................................................................................27 5 小节.............................................................................................................................27 八 集成信号处理...........................................................................................................................28 1 集成策略——使用socket pair ...................................................................................28 3
    2 集成到事件主循环——通知event_base ...................................................................29 4 evsignal_info结构体....................................................................................................30 5 注册、注销signal事件 ...............................................................................................30 5 小节.............................................................................................................................31 九 集成定时器事件.......................................................................................................................32 1 集成到事件主循环.....................................................................................................32 2 Timer小根堆 ................................................................................................................33 3 小节.............................................................................................................................34 十 支持I/O多路复用技术 .............................................................................................................35 1 统一的关键.................................................................................................................35 2 设置I/O demultiplex机制 ...........................................................................................35 3 小节.............................................................................................................................37 十一 时间管理...............................................................................................................................38 1 初始化检测.................................................................................................................38 2 时间缓存.....................................................................................................................38 3 时间校正.....................................................................................................................40 4 小节.............................................................................................................................41 十二 让libevent支持多线程..........................................................................................................42 1 错误使用示例.............................................................................................................42 2 支持多线程的几种模式.............................................................................................42 3 例子——memcached..................................................................................................43 4 小节.............................................................................................................................44 4
    一 序幕 1 前言 Libevent 是一个轻量级的开源高性能网络库，使用者众多，研究者更甚，相关文章也不 少。写这一系列文章的用意在于，一则分享心得；二则对 libevent 代码和设计思想做系统的、 更深层次的分析，写出来，也可供后来者参考。 附带一句：Libevent 是用 c 语言编写的（MS 大牛们都偏爱 c 语言哪），而且几乎是无处 不函数指针，学习其源代码也需要相当的 c 语言基础。 2 Libevent 简介 上来当然要先夸奖啦，Libevent 有几个显著的亮点： 事件驱动（event-driven），高性能; 轻量级，专注于网络，不如 ACE 那么臃肿庞大； 源代码相当精炼、易读； 跨平台，支持 Windows、Linux、*BSD 和 Mac Os； 支持多种 I/O 多路复用技术， epoll、poll、dev/poll、select 和 kqueue 等； 支持 I/O，定时器和信号等事件； 注册事件优先级； Libevent 已经被广泛的应用，作为底层的网络库；比如 memcached、Vomit、Nylon、Netchat 等等。 Libevent 当前的最新稳定版是 1.4.13；这也是本文参照的版本。 3 学习的好处 学习 libevent 有助于提升程序设计功力，除了网络程序设计方面外，Libevent 的代码里 有很多有用的设计技巧和基础数据结构，比如信息隐藏、函数指针、c 语言的多态支持、链 表和堆等等，都有助于提升自身的程序功力。 程序设计不止要了解框架，很多细节之处恰恰也是事关整个系统成败的关键。只对 libevent 本身的框架大概了解，那或许仅仅是一知半解，不深入代码分析，就难以了解其设 计的精巧之处，也就难以为自己所用。 事实上 Libevent 本身就是一个典型的 Reactor 模型，理解 Reactor 模式是理解 libevent 的基石；因此下一节将介绍典型的事件驱动设计模式——Reactor 模式。 参考资料： Libevent: http://monkey.org/~provos/libevent/ 5
    二 Reactor 模式 前面讲到，整个 libevent 本身就是一个 Reactor，因此本节将专门对 Reactor 模式进行必 要的介绍，并列出 libevnet 中的几个重要组件和 Reactor 的对应关系，在后面的章节中可能 还会提到本节介绍的基本概念。 1 Reactor 的事件处理机制 首先来回想一下普通函数调用的机制：程序调用某函数函数执行，程序等待函数将 结果和控制权返回给程序程序继续处理。 Reactor 释义“反应堆”，是一种事件驱动机制。和普通函数调用的不同之处在于：应用 程序不是主动的调用某个 API 完成处理，而是恰恰相反，Reactor 逆置了事件处理流程，应 用程序需要提供相应的接口并注册到 Reactor 上，如果相应的时间发生，Reactor 将主动调用 应用程序注册的接口，这些接口又称为“回调函数”。使用 Libevent 也是想 Libevent 框架注 册相应的事件和回调函数；当这些时间发声时，Libevent 会调用这些回调函数处理相应的事 件（I/O 读写、定时和信号）。 用“好莱坞原则”来形容 Reactor 再合适不过了：不要打电话给我们，我们会打电话通 知你。 举个例子：你去应聘某 xx 公司，面试结束后。 “普通函数调用机制”公司 HR 比较懒，不会记你的联系方式，那怎么办呢，你只能面 试完后自己打电话去问结果；有没有被录取啊，还是被据了； “Reactor”公司 HR 就记下了你的联系方式，结果出来后会主动打电话通知你：有没有 被录取啊，还是被据了；你不用自己打电话去问结果，事实上也不能，你没有 HR 的留联系 方式。 2 Reactor 模式的优点 1）响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然 Reactor 本身依然是同步的； 2）编程相对简单，可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/ Reactor 模式是编写高性能网络服务器的必备技术之一，它具有如下的优点： 进程的切换开销； 3）可扩展性，可以方便的通过增加 Reactor 实例个数来充分利用 CPU 资源； 4）可复用性，reactor 框架本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性； 3 Reactor 模式框架 使用 Reactor 模型，必备的几个组件：事件源、Reactor 框架、多路复用机制和事件处理 程序，先来看看 Reactor 模型的整体框架，接下来再对每个组件做逐一说明。 6
    1） 事件源 Linux 上是文件描述符，Windows 上就是 Socket 或者 Handle 了，这里统一称为“句柄 集”；程序在指定的句柄上注册关心的事件，比如 I/O 事件。 2） event demultiplexer——事件多路分发机制 由操作系统提供的 I/O 多路复用机制，比如 select 和 epoll。 程序首先将其关心的句柄（事件源）及其事件注册到 event demultiplexer 上； 当有事件到达时，event demultiplexer 会发出通知“在已经注册的句柄集中，一个或多 Reactor，是事件管理的接口，内部使用 event demultiplexer 注册、注销事件；并运行事 个句柄的事件已经就绪”； 程序收到通知后，就可以在非阻塞的情况下对事件进行处理了。 对应到 libevent 中，依然是 select、poll、epoll 等，但是 libevent 使用结构体 eventop 进行了 封装，以统一的接口来支持这些 I/O 多路复用机制，达到了对外隐藏底层系统机制的目的。 3） Reactor——反应器 件循环，当有事件进入“就绪”状态时，调用注册事件的回调函数处理事件。 对应到 libevent 中，就是 event_base 结构体。 一个典型的Reactor声明方式 class Reactor { public: int register_handler(Event_Handler *pHandler, int event); int remove_handler(Event_Handler *pHandler, int event); void handle_events(timeval *ptv); // ... }; 4） Event Handler——事件处理程序 事件处理程序提供了一组接口，每个接口对应了一种类型的事件，供 Reactor 在相应的 事件发生时调用，执行相应的事件处理。通常它会绑定一个有效的句柄。 对应到 libevent 中，就是 event 结构体。 下面是两种典型的 Event Handler 类声明方式，二者互有优缺点。 7
    class Event_Handler { public: virtual void handle_read() = 0; virtual void handle_write() = 0; virtual void handle_timeout() = 0; virtual void handle_close() = 0; virtual HANDLE get_handle() = 0; // ... }; class Event_Handler { public: // events maybe read/write/timeout/close .etc virtual void handle_events(int events) = 0; virtual HANDLE get_handle() = 0; // ... }; 4 Reactor 事件处理流程 前面说过 Reactor 将事件流“逆置”了，那么使用 Reactor 模式后，事件控制流是什么 样子呢？ 可以参见下面的序列图。 8
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