TProactor源码浅析一-优快云博客

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TProactor源码浅析一

开篇

      分析TProactor并不是一时心血来潮，而是为了研究它把Reactor分装为Proactor的实现逻辑，在对异步支持不好的平台上实现Proactor封装，便利代码的平台迁移，还是有相当的实用性和意义的。
      TProactor是一个开源项目，意在为各种平台Linux/Unix，Windows等提供一个具有统一接口的Proactor模型，而不论该平台是否支持异步IO；支持度广泛，包括IOCP，epoll，select，dev/poll，poll等各种同步I/O模型；POSIX标准定义的异步I/O接口，Linux，Sun等平台实现的异步I/O接口。
      这样基于TProactor，就可以在Win32和各种POSIX平台上使用统一的可靠而高性能的Proactor模型来开发网络程序。

      TProactor的源代码读起来还算行，但是各类之间的关系也挺复杂的，再加上中断机制，各种配置类型和Leader/Follow线程模型，还是要费不少功夫。
      研究TProactor主要是为了学习它是如何使用select等I/O机制模拟实现Proactor模型的，这就是在它支持的所有AIO_Provider中类型为SELECT_Provider的那部分，其它的能忽略就忽略，先抓重点要紧。
TProactor在Win32平台上直接基于ACE实现Proactor模型，在POSIX平台还以自己的方式模拟实现了Proactor模型，对于系统原生支持的异步IO的封装，在各种平台上处理逻辑基本相同，封装也有很多相似之处。

Proactor相关类层次

    无论如何，还是要先来看看TProactor的关键组件，它们是（结合下面的类图会更容易理解）：
    AIO_Dispatcher – 负责选择合适的AIO_Processor，并且分发完成结果；
    AIO_Processor – 负责活动操作的管理，异步激活，发起、取消操作，等待异步操作完成，并且将完成结果传递给AIO_Dispatcher。

AIO_Processor在运行时创建AIO_Provider的具体实现，来执行低层次的原始接口：start_aio和cancel_aio； AIO_Processor依赖AIO_Provider的 AIO_Wait_Strategy接口来完成“等待操作完成”功能；

AIO_Provider – 它是代表“具体AIO机制”的抽象接口，它定义了低层次的原始接口：start_aio和cancel_aio。并且，它提供了访问AIO_Wait_Strategy接口的方法。

         目前TProactor支持的“具体的AIO机制”（AIO_Provider-s）包括：
   POSIX_STD_Provider – 基于标准POSIX AIO API.
         SUN_Provider – 基于SUN API
         SELECT_Provider – 基于select()等多路复用机制模拟POSIX AIO
         LINUX_Provider – 基于 Linux内核2.6 API，在2.6内核下，Event_Poll_Strategy（epoll）是AIO_Wait_Strategy的最佳候选；

    AIO_Wait_Strategy – 等待异步完成策略，一个抽象接口，被AIO_Processor用来实现“等待操作完成”功能。具体实现应该由AIO_Provider 创建或实现，通常AIO_Provider都有自己私有的AIO_Wait_Strategy，但是有些Provider可以使用不止一个AIO_Wait_Strategy. 比如，基于POSIX我们可以使用：
           POSIX_STD_Strategy – 基于aio_suspend ()
           POSIX_SIG_Strategy – 等待RT signals
           POSIX_SGI_Strategy – 基于aio callback函数

    AIO_Interrupt_Strategy – 抽象接口，被AIO_Processor和AIO_Dispatcher在有请求需要中断“等待操作完成”行为的时候使用。具体实现应该由AIO_Wait_Strategy提供或创建。有两个AIO_Interrupt_Strategy可以被任何AIO_Provider使用，并且独立于AIO_Wait_Strategy，他们就是AIO_Interrupt_Pipe_Strategy和AIO_Interrupt_Signal_Strategy。然而， POSIX_SGI_Strategy还能使用自己私有的中断策略。
    AIO_Config – 简单类，允许你在运行时配置你的Proactor。
    SELECT_Provider
      支持所有的异步操作:
         Read_Stream    Write_Stream
           Read_File          Write_File
           Read_Dgram     Write_Dgram
         Accept               Connect
     所有平台可用，不论是否支持POSIX AIO
     可以替换POSIX或SUN provider
     可以和POSIX或SUN provider组合使用
     通过了不亚于Thread Pool Reactor (TP_Reactor)的性能；
     支持一系列具体AIO_Wait_Strategy（select、poll和epoll等等），支持运行时根据平台选择最佳的多路复用机制 (见后面的SELECT_Provider章节)

一个Proactor同时支持两个{AIO_Processor-AIO provider}对（就是代码中的两个对象prime_processor_和second_processor_，类图中也有表示），这样做有两个优点：
1 每个provider支持合适的操作集。比如，一个类型是POSIX_STD_Provider 来完成在流和文件上的读写操作另外一个类型是SELECT_Provider来处理accept, connect数据报操作；
2 如果系统提供的POSIX AIO是不完整的，我们就可以把流操作 (socket/pipe)分配给SELECT_Provider，只是用POSIX_STD_Provider来处理文件的读写（磁盘文件）；

类层次图

个人感觉TProactor的封装层次相当复杂，先大概画出主要类的组合继承关系，把基本架构搭起来，便于后续的分析，下面的类图是对Proactor类的封装层次。

Proactor层次图

类层次简介

再来简单说一下各类是干什么用的，有什么功能，扮演什么角色，鉴于复杂度的考虑，具体接口的功能分析也暂行略过，必要的代码分析将结合在后面的流程分析中。

TRB_Proactor类

首先TProactor导出的Proactor类是TRB_Proactor；
1 使用TRB_Proactor_Impl来进行具体操作，包括I/O时间注册，分发等；
2 使用TIMER_QUEUE来管理定时事件；
其它变量忽略；

TRB_Proactor_Impl类

TRB_Proactor_Impl是一个虚基类，只导出必要的接口；用来Adapt不同平台的I/O机制，POSIX系统的TRB_POSIX_Proactor类和WIN32的TRB_WIN32_Proactor类都派生于它。

TRB_POSIX_Proactor类

TRB_POSIX_Proactor类是所有POSIX系统的Proactor模型的基类，又是一个封装类，这个封装是对不同POSIX平台的不同I/O机制的封装；比如Linux的epoll，poll和NAIO，SUN的I/O异步机制，等等。
它的主要成员变量是：
TRB_POSIX_AIO_Processor类，对象prime_processor_和second_processor_，以及对应的config对象；
TRB_POSIX_AIO_Dispatcher类，对象dispatcher_，每个POSIX_Proactor有一个Dispatcher对象；
Allocator对象，这个是为了优化系统性能，本质就是一个free list，避免多次调用接口分配释和放内存，简单。

TRB_POSIX_Proactor类只做一些公共操作，比如创建异步操作结果对象等，具体的处理都直接丢给了TRB_POSIX_AIO_Dispatcher和TRB_POSIX_AIO_Processor，基本上都是对相应函数的直接调用。比如unregister handle操作：

int TRB_POSIX_Proactor::unregister_handle (ACE_HANDLE handle) { if (this->prime_processor_ != 0) this->prime_processor_->unregister_handle (handle); if (this->second_processor_ != 0) this->second_processor_->unregister_handle (handle); return 0; }

TRB_POSIX_AIO_ Processor类

这个类更是简单，它又是一个封装类，下面就是真正的I/O机制实现了；主要成员变量是
TRB_POSIX_AIO_Dispatcher &completion_dispatcher_;
TRB_POSIX_AIO_Provider *provider_;
导出的接口也很简单，主要是注册、注销异步事件，发起、取消异步事件请求，如下：
int register_handle (ACE_HANDLE handle, const void *completion_key, int operations);
int unregister_handle (ACE_HANDLE handle);
int start_aio (TRB_POSIX_Asynch_Result * result);
int cancel_aio (ACE_HANDLE h);

它的接口基本都是直接调用provider的相关接口来完成，比如：
int TRB_POSIX_AIO_Processor::unregister_handle (ACE_HANDLE handle) { return this->provider()->unregister_handle (handle); }

TRB_POSIX_AIO_Provider类

说曹操曹操到，TRB_POSIX_AIO_Provider类出场了，这是一个虚基类，接口都是纯虚的，它的作用就是规定，作为一个异步事件反应器你必须要提供什么接口（房地产开发？没钱的不要~~）。

TRB_POSIX_AIO_Emulation_Provider类

别以为这个就是具体epoll，select这些的实现了，还有一层呢，那就是TRB_POSIX_AIO_Emulation_Provider类。要它干什么呢？使用select和epoll这些反应堆来伪装异步，总有些共性嘛，Emulation Provider类就把这些共性提取和定义出来。
直接封装平台的异步IO接口实现的provider有TRB_POSIX_AIO_STD_Provider，TRB_POSIX_AIO_LINUX_NAIO_Provider和TRB_POSIX_AIO_SUN_Provider，它们可能没有子类，直接封装系统的异步I/O实现，但也都是和TRB_POSIX_AIO_Emulation_Provider平级的科级干部，先来一张关系图如下：

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TRB_POSIX_AIO_Emulation_Provider类代表了（SELECT_Provider类型）使用select和epoll等反应堆模拟的异步provider，不需要系统原生异步I/O的支持；
TRB_POSIX_AIO_STD_Provider类代表了使用使用POSIX定义的标准异步I/O接口实现的异步provider，基于POSIX标准函数aio_read()，aio_write()和aio_cancel()等；
TRB_POSIX_AIO_SUN_Provider类代表了使用使用SUN平台定义的异步I/O接口实现的异步provider，基于SUN平台标准函数aioread()，aiowrite()，aiocancel()；
TRB_POSIX_AIO_LINUX_NAIO_Provider类代表了使用使用Linux平台定义的异步I/O接口实现的异步provider，基于Linux平台标准函数io_submit ()，io_cancel ()；