总结使用libwebsockets开发接入层

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• 作者：邹祁峰
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• 日期：2015.12.13~2015.12.14
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1 引言

    WebSockets是HTML5支持的一种让浏览器与服务器全双工通信的协议，其以更小的开销高效的提供了Web连接。相较于经常推送实时数据到客户端甚至通过维护两个HTTP连接来模拟全双工连接的旧的轮询或长轮询来说，这将有效的减少网络流量与延迟。如果想知道更多关于WS协议的信息，请自行查找，在此不再复述。本篇的重点是讲述如何使用C语言实现的 libwebsockets进行进一步的开发。

   由于之前系统上线时间紧迫，为了缩短开发时间，因此使用nginx作为WS代理，让其将接收WS连接请求，并将WS协议传输的数据BODY转发到接入层。但是使用nginx作为WS代理时，当终端与nginx建立一个WS连接，nginx就会与接入层建立一个TCP连接。因此，这将造成不管单台nginx服务器的配置多么牛逼，该服务器最多只能支持65535个并发，并且多了一个代理层，性能也会受到一定影响。

   解决以上问题的办法就是：让接入层直接支持WS协议。由于系统接入层使用的是C语言开发，因此，本人选择以开源软件libwebsockets为基础，与原系统接入层进行融合。以下是系统改造前后的架构对比图：[注：后文将 libwebsockets简写为LWS]

图1 改造对比图

2 改造LWS

2.1 支持libev

   由于LWS库默认情况下使用poll机制管理ws连接，为了让系统更高效的管理更多的并发，需要开启对libev的支持。可将CMakeLists.txt中的LWS_WITH_LIBEV选项由OFF改为ON来实现，如下图所示:

图2 开启LIBEV

2.2 改造libev

   从图1中的改造后的架构图中可以看出，改造后的WS接入层需要管理与终端的ws连接，同时需要管理与路由层各服务器的TCP连接，还得负责相邻层次间数据的转发工作。而目前LWS并未支持多线程，如果采用多线程的方式改造WS接入层，将可能出现无法预估的后果。因此，本人决定使用单进程单线程的方式，并使用LWS架构接管WS接入层与路由层之间的TCP连接。而要实现让LWS架构接管WS接入层与路由层之间的TCP连接，则需要对LWS库进行如下改造：

2.2.1 函数定义

   由于LWS库的Makefile编译选项中设置了-fvisibility=hidden，因此，如果想让LWS库中实现的函数能被库外调用，则在函数实现时必须使用LWS_VISIBLE进行显示说明。在LWS库中的libev.c中添加如下函数：[注：关于libev的用法, 请自行查询]

/****************************************************************************** **函数名称: lws_libev_timer_start **功    能: 添加计时器 **输入参数: **     context: lws上下文 **     timer: 计时器 **输出参数: NONE **返    回: VOID **实现描述: 将计时器加入到libev loop对象 **注意事项: **作    者: # Qifeng.zou # 2015.12.10 # ******************************************************************************/LWS_VISIBLE void lws_libev_timer_start(struct lws_context *context, ev_timer *timer){    ev_timer_start(context->io_loop, timer);}/****************************************************************************** **函数名称: lws_libev_timer_stop **功    能: 停止计时器 **输入参数: **     context: lws上下文 **     timer: 计时器 **输出参数: NONE **返    回: VOID **实现描述: 将计时器从libev loop中删除 **注意事项: **作    者: # Qifeng.zou # 2015.12.10 # ******************************************************************************/LWS_VISIBLE void lws_libev_timer_stop(struct lws_context *context, ev_timer *timer){    ev_timer_stop(context->io_loop, timer);}/****************************************************************************** **函数名称: lws_libev_io_start **功    能: 开启IO帧听 **输入参数: **     context: lws上下文 **     io: IO对象 **输出参数: NONE **返    回: VOID **实现描述: 将io对象加入到libev loop中 **注意事项: **作    者: # Qifeng.zou # 2015.12.10 # ******************************************************************************/LWS_VISIBLE void lws_libev_io_start(struct lws_context *context, ev_io *io){    ev_io_start(context->io_loop, io);}/****************************************************************************** **函数名称: lws_libev_io_stop **功    能: 停止IO帧听 **输入参数: **     context: lws上下文 **     io: IO对象 **输出参数: NONE **返    回: VOID **实现描述: 将io对象从libev loop中删除 **注意事项: **作    者: # Qifeng.zou # 2015.12.10 # ******************************************************************************/LWS_VISIBLE void lws_libev_io_stop(struct lws_context *context, ev_io *io){    ev_io_stop(context->io_loop, io);}

代码1 函数定义

2.2.2 函数声明

   完成以上函数的定义后，还需按照如下的格式在libwebsockets.h中进行函数声明。如下所示：

LWS_VISIBLE LWS_EXTERN void lws_libev_timer_start(struct lws_context *context, ev_timer *timer);LWS_VISIBLE LWS_EXTERN void lws_libev_timer_stop(struct lws_context *context, ev_timer *timer);LWS_VISIBLE LWS_EXTERN void lws_libev_io_start(struct lws_context *context, ev_io *io);LWS_VISIBLE LWS_EXTERN void lws_libev_io_stop(struct lws_context *context, ev_io *io);

代码2 函数声明

   完成对LWS库中libev的改造后，重新编译和安装LWS库，这时便可利用以上函数将外部建立的TCP连接注入到LWS框架，让LWS框架中的libev接管外部TCP连接的数据接收、数据发送、超时处理等处理。WS接入层与路由层之间的TCP连接，就是通过这种方式让LWS框架接管的。[注意：一定要按照以上格式声明函数，否则可能导致依赖此库的程序无法访问声明的函数]

3 使用LWS

3.1 注册协议回调

   终端向WS服务器发起ws连接请求时，一般会在协议头中通过Sec-WebSockets-Protocol指明协议名。而开源 libwebsockets库通过对外提供注册协议回调的接口为用户自定义协议提供服务，注册协议回调的接口中将会指明协议名、以及对应的处理回调、自定义数据的大小等字段。其注册的方式如下所示：

/* 注册协议回调配置表 */struct libwebsocket_protocols g_aws_protocols[] ={
     
         {        "chat",                                         /* 协议名：其与Sec-Websockets-Protocol字段对应 */   &nbs