c++11重写moduo库

原创已于 2023-12-27 08:06:08 修改 · 293 阅读

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#c++ #开发语言

于 2023-08-21 19:17:19 首次发布

本文探讨了Linux下的IO模型，如同步阻塞、同步非阻塞（io多路复用）、信号驱动、异步（Reactor模型）等，重点介绍了muduo框架中的EventLoop、EpollPoller、Thread和TcpServer组件，以及它们在处理网络IO时的角色和协作方式。

项目gitee地址：https://gitee.com/cai-jinxiang/cjxmuduo

阻塞，非阻塞，同步，异步

一次io的两个阶段：数据准备和数据读写

ssize_t recv(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags); 非阻塞，当缓冲区无数据，程序直接返回
size =-1&& errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK //没有网络事件发生
size == 0 //对端关闭连接
size >0 读到数据

数据准备阶段：

阻塞：调用IO方法的线程进入阻塞状态
非阻塞：不会改变线程状态，通过返回值判断

数据读写阶段（IO的同步和异步，区别于并发（业务）的同步和异步）：

同步：
- 调用recv(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags);
- 给提供一个buf，将fd读缓冲区的数据，copy到buf中（用户自己搬）
- copy完，recv才会结束
异步（在处理 IO 的时候，阻塞和非阻塞都是同步 IO。只有使用了特殊的 API 才是异步
IO，aio_read,aio_write）
- 用户对sockfd的数据感兴趣
- 用户定义一个buf，将buf交给操作系统，并注册一个sigio
- 操作系统发现sockfd的可读，将数据copy到buf，copy完成后通知用户

业务层同步：A操作等待B操作结束，得到返回值
业务层异步：A操作告诉B操作，他感兴趣的事件及通知方式，A操作继续向下执行
B监听到相应事件发生后，B通知A，A开始相应处理

linux/unix下五种IO模型

同步阻塞
在这里插入图片描述

同步非阻塞
在这里插入图片描述
**io多路复用，**这也是同步io，通常使用非阻塞sockfd

没有人真的会用轮询 (busy-pooling) 来检查某个 non-blocking IO 操作是否完成，这样太浪费CPU资源了。
IO-multiplex 一般不能和 blocking IO 用在一起，因为 blocking IO 中read()/write()/accept()/connect() 都有可能阻塞当前线程，这样线程就没办法处理其他 socket上的 IO 事件了。

在这里插入图片描述
信号驱动
内核在第一个阶段是异步，在第二个阶段是同步；与非阻塞IO的区别在于它提供了消息通知机制，不需
要用户进程不断的轮询检查，减少了系统API的调用次数，提高了效率。

在这里插入图片描述
异步

Reactor模型

Event事件、Reactor反应堆、Demultiplex事件分发器（epoll）、Evanthandler事件处理器

向Reactor注册监听的Event(事件)，Handler(回调函数)，Reactor把事件注册在Demultiplex上，有事件发生，Demultiplex就通知Reactor，Reactor回调对应函数

在这里插入图片描述
在muduo中实际的实现是下图的形式，Reactor是上图的Reactor+Demultiplex，客户端向服务器发出连接后由mainReactor
负责打包

epoll，select，poll总结

select：

文件描述符受限1024，轮询方式扫描文件描述符，文件描述符数量越多性能越差
内核/用户空间内存拷贝问题，select监听的时候需要将被监听的fd 以及事件的句柄数据结构拷贝到内核，监听结束内核又需要返回给用户，拷贝开销大
返回的是整个句柄的数组，还需要遍历才能发现事件
select是水平触发，未读取完成会不断触发
poll：
采用链表保存文件描述符，没有1024限制，但是其他三个确定还是存在

muduo简介

reactors in threads one loop per thread
一个mian reactor 负责accept连接
将连接分发到某个sub reactor 采用轮询机制分发，该连接的所有操作都在那个sub reactor中完成
如果有耗时间多的cpu密集型任务，可以提交到线程池中专门处理好使的计算任务

使用时，只需要向网络库提供用户的连接断开函数，用户的可读可写事件

cjxmuduo

在这里插入图片描述

对此项目的介绍有一篇非常详细的文章
https://zhuanlan.zhihu.com/p/495016351

Channel

对于fd的封装，包括监听的fd，以及感兴趣的事件和真正发生的事件

Poller，EpollPoller

Poller是一个抽象层，muduo支持poll和epoll两种io多路复用
cjxmuduo只实现了EpollPoller，
一个EpollPoller中包含一个ChannelList，监听多个Channel

EventLoop

包含一个Poller和ChannelList
每个线程对应一个loop，在多线程模式下，会有一个mainloop和多个subloop
mainloop接受到新的连接后，轮询的方式交给subloop
loop之间会有一个fd和channel用于唤醒对方
在TcpServer中有mainloop，当有新连接时，会getNextLoop，获取一个subloop的指针，将新连接分发出去，此时需要唤醒subloop（subloop会阻塞在epollwait）然后执行subloop->queueInLoop()，会向subloop的wakeupfd发消息，然后被唤醒，执行传入的cb