2.1.2 事件驱动reactor的原理与实现

LINUX 精通 2

day14 20240513
day15 20240514
算法刷题：2维前缀和，一二维差分耗时 135min
习题课 4h

课程补20240425 耗时：4h

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怎么学0voice课
网络io——一请求一线程，一个client一个连接再accpet分配io fd文件描述符

注意：rm -rf是一个非常强大和危险的命令，它会递归地删除目录及其内容，而不进行任何确认。请谨慎使用此命令，以免意外删除重要文件或系统关键组件

每次上课前统一一下代码

gitlab.0voice.com

找到代码，然后在Linux终端里 git clone 可以挂梯子, 用户名是邮箱

在本地下连ftp shell好像不太行
gcc -o networkio networkio.c -lpthread

问题

client断开后问题

运行以后./networkic 连三个发三个，然后断开一个，会一直send recv 一瞬间cpu占用100%, 因为没有处理断开的

我没碰到，因为老师改过了void *client_thread加了count==0处理的

if (count == 0) { // disconnectprintf("client disconnect: %d\n", clientfd);close(clientfd);break;}

fd就是网络io 是int型

开了sockfd

fd（不论是sockfd 还是clientfd）从3开始，0 1 2系统默认stdin stdout stderror；往上增加
```
ls /dev/fd
```
看ulimit -a文件描述符fd数量max （open files）

为什么能一直增加：

linux下操作，一切皆是文件FD（file descriptor）

可以隔段时间再send
client断开后，隔段时间再连接，fd变了吗

变了

disconnect以后就 close(clientfd)了！！！！

4没了，被回收了，变成了7

等一段时间，又变成4了

io回收时间系统默认60s，set可以设置time_wait

2.1.2 事件驱动reactor的原理与实现

还是用我自己的版本

一请求一线程

优点：代码逻辑简单

缺点：不利于并发 1k，通过创建线程实现并发

所以用多路复用io

调试技巧

在命令行打man select函数名 就能看解释

select poll epoll

fdset

到底是什么东西？
1. 答案：它是比特位集合
  
  把fd放一起的set集合
  
  干嘛的：比如你时间管理大师，处了好多个fd 对象
2. 为什么要设置一个集合fdset，然后传进select，传来传去
  
  传入3456，系统返回34可读
所有通讯底层的server io多路复用都是这么写的

云里雾里的头痛，乱七八糟的，send可以，但是收不到！！！！我爆炸了裂开

现在是main里一个线程，多路io fd，fd间不影响！！

可读返回，不可读阻塞在select，对着标准答案改了终于行了
1. fd_set结构体
  
  select头文件里就1个struct, 4个宏定义，1个函数不难的
  
  宏定义FD_ZERO, FD_SET, FD_CLR,
  
  select()函数的参数：可读可写，错误，
  
  timeout=null 默认一直阻塞，如果阻塞超过市场就往下走，可以做一个定时器，就是为了切换线程，等待就绪再次被执行
大小

fd_setsize大小可以改

在posix_types.h里看到

fd_setsize = 1024

8因为一个字节byte = 8bit

sizeof(long)因为前面是unsigned long 所以要除它, 假设long是4 byte

所以一个fd大小是1024/(8*4) = 32 byte

select

特点/运行机制

每次调用select需要把fd_set集合，从用户空间copy到kernel内核空间
maxfd，为了遍历fd是否set置一了，设置的最大的fd，需要人为设置

for（ int i = 0; i< maxfd; i ++)

ps：rfds, rset区别

fd_set rfds, rset; 
//rfds返回数据dataset, 是应用层的，用户设置的
// rset是复制rfds的， 用于被复制到内核空间，用于判断的

优点：实现只用一个thread进程就能多路io复用

缺点：参数太多，麻烦

 
#elsefd_set rfds, rset; //rfds返回数据dataset, 是应用层的，用户设置的// rset是复制rfds的， 用于被复制到内核空间，用于判断的FD_ZERO(&rfds); //先清空FD_SET(sockfd, &rfds); // 再把sockfd 设置在可读rfds里，置1int maxfd = sockfd; //用来方便遍历set用到的最大值while(1){rset = rfds; //关联，// maxfd +1因为下标从0开始，数量比最后多1//  int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,//   fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);int nready = select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL); //返回就绪的fd数量，就绪的bit位是1if(FD_ISSET(sockfd, &rset)){//sockfd位是否置1// accept 如果监听的sockfd置1了，就开始accept连接int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);printf("accept finished: %d\n", clientfd);FD_SET(clientfd, &rfds); //有一个fd，就set一下，maxfd也变了if(maxfd < clientfd) maxfd = clientfd; //clientfd当client断连了，会被回收，所以要判断一下}// recvint i = 0;for(i = sockfd +1; i<= maxfd; i++){ //i就是fdif (FD_ISSET(i, &rset)){//判i可读rset吗char buffer[1024] = {0};int count = recv(i, buffer, 1024, 0); //Read N bytes into BUF from socket FD.if (count == 0) { // disconnectprintf("client disconnect: %d\n", i);close(i);FD_CLR(i, &rfds); //FD_CLR是一个宏，用于从fd_set数据结构中清除指定的文件描述符continue;}printf("RECV: %s\n", buffer);count = send(i, buffer, count, 0);printf("SEND: %d\n", count);}}}#endif

poll

struct pollfd里

比如上面传入3456 只返回34可读

fd 是哪一个fd

events 传入的事件

revents 返回的事件

基本代码和select差不多，就是4个宏还有select函数要改成poll才有的写法

别进错文件夹编译
```
gcc -o networkio networkio.c
./networkio
```
开三个网络助手——connect——send——recv吗

成功啦啦啦啦啦啦啦
总结poll有什么呢
1. pollfd是个结构体：fd 是哪一个fd；events 传入的事件；revents 返回的事件
2. 宏定义：pollin可读，pollout等等
3. poll函数是系统调用每次把fds copy到内核kernel里
  
  系统用for遍历maxfd个数量，判断这个io fd是否就绪
poll有什么独特使用场景
1. 底层逻辑类似select参数更少
2. 问：假设5个fd一起来，阻塞，假设都不能可读一直等，直到1可读立即返回？
  
  答：不对，因为内核做不了微秒级，第一次与第二次进while的select往下几乎没有处理上的差别
  
  没懂？？？

#else//  进pollfd 看参数struct pollfd fds[1024]= {0}; //fdset就是fds[sockfd].fd = sockfd;fds[sockfd].events= POLLIN; //pollin就是可读，设置为POLLIN表示对该文件描述符上是否有可读数据感兴趣int maxfd = sockfd; //来遍历用的，检查哪个fd set了 while(1){int nread = poll(fds, maxfd + 1, -1);//set， set大小， timeout =-1一直阻塞等待if (fds[sockfd].revents & POLLIN){// pollin是x十六进制0x0001，变成8位2进制00000001// 如果有可读的，用accept处理分配io，复制上面int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);printf("accept finished: %d\n", clientfd);// FD_SET(clientfd, &rfds); //select的这句改成poll的下面两行fds[clientfd].fd= clientfd;fds[clientfd].events=POLLIN;if(maxfd < clientfd) maxfd = clientfd; //clientfd当client断连了，会被回收，所以要判断一下}// 抄上面recvint i = 0;for(i = sockfd +1; i<= maxfd; i++){ //i就是fd// if (FD_ISSET(i, &rset)){//判i可读rset吗 select有，poll没有if(fds[i].revents & POLLIN){ //判i可读吗，和Pollin位与char buffer[1024] = {0};int count = recv(i, buffer, 1024, 0); //Read N bytes into BUF from socket FD.if (count == 0) { // disconnectprintf("client disconnect: %d\n", i);close(i);// FD_CLR(i, &rfds); //FD_CLR是fdset里的一个宏，select有；poll没有fds[i].fd= -1; //因为从0开始，置-1fds[i].events= 0;continue;}printf("RECV: %s\n", buffer);count = send(i, buffer, count, 0);printf("SEND: %d\n", count);}}}

epoll

linux 2.4以前，没有听过linux做server的，也没有云主机。当时server都是Windows，unix，十几年后现在云主机很多系统都是Linux，因为linux2.6以后引入epoll，server对io的数量更多

为什么？select与poll底层都需要进while的select/poll阻塞检查，再for判断 accept recv ，epoll不用

#elseint epfd = epoll_create(1);struct epoll_event ev; //构建事件，只用来add和delete，control里没用ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = sockfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev); //controlwhile(1){struct epoll_event events[1024] = {0};int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);int i = 0;for (i = 0;i < nready;i ++) {int connfd = events[i].data.fd;if (connfd == sockfd) {// accept				int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);printf("accept finshed: %d\n", clientfd);// 创建events， 添到ctl里ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = clientfd;// 这里ev不写也可以epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);} else if (events[i].events & EPOLLIN) {char buffer[1024] = {0};int count = recv(connfd, buffer, 1024, 0);if (count == 0) { // disconnectprintf("client disconnect: %d\n", connfd);close(connfd);// 改了这里epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, connfd, NULL);// epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, connfd, &ev); 也可以continue;}printf("RECV: %s\n", buffer);count = send(connfd, buffer, count, 0);printf("SEND: %d\n", count);}}}

总结

就一个struct结构体+三个函数，给应用层提供的接口
int epoll_create(int size);知识点1：epoll_create返回传入都是int。

epoll一开始size代表一次性就绪的io数量，后来就绪从数组改成链表，此时size没作用，只要size不为0，效果都一样。 size为了兼容老版本留下来了
为什么epoll不用遍历？

住户是IO或者fd，epoll类似快递员，但是去丰巢，由io自己去丰巢，事件events 有两个= 收+寄；poll、select是每家敲门，没法时时敲门还
1. epoll_create：用struct组织200总集200个住户IO；用struct组织快递柜丰巢——就绪，并聘请快递员
2. epoll_ctl: 住户搬走EPOLL_CTL_DELET，搬进ADD，换楼层位置MOD
3. epoll_wait: 快递员多久去一次丰巢，timeout市场；events是小车取出就绪内容，maxevent是小车多大
为什么能大并发？
1. select(maxfd, rfds, wfds, efds, err);五个参数
  
  if 100万 io，需要把100万全部copy到对应fds里判断可读、写…
2. 但是epoll不用每次从用户应用层copy到内核里，epoll create是一个个添加到内核里积累起来，有读写事件来了，wait就从就绪里操作
3. 就绪里是真正处理的事件：微信号称3亿用户同时在线，就是IO整集大小，但是不代表server处理同时发消息
  
  每个client对应io，可能就绪队列在发消息的才一百万不到
思考题：
1. 整集用什么数据结构存
  - 数组：将整数按顺序存储在数组中，并通过索引访问。这种方式简单直接，但插入和删除操作的时间复杂度较高。
  - 链表：将每个整数存储在链表节点中，并使用指针连接节点。这种方式对于频繁的插入和删除操作更为高效，但随机访问的性能较差。
  - 哈希集合：利用哈希函数将整数映射到不同的桶中，在每个桶内使用链表或红黑树来处理冲突。这种方式可以实现快速查找、插入和删除操作。
2. 就绪用什么数据结构存
  - 位图（Bitmask）：使用一个二进制位代表一个文件描述符，当某个文件描述符就绪时，相应位设置为1。该方法适用于文件描述符数量较少且连续排列的情况。
  - 数组：将就绪的文件描述符存储在数组中。该方法适用于文件描述符数量不多且无需频繁变动的情况。
  - 数据结构依赖具体的多路复用机制：例如，epoll使用红黑树来管理就绪事件，将文件描述符作为节点进行存储；而select和poll则使用fd_set结构体数组来存储就绪文件描述符。

引出reactor反应堆

epoll：io数量很多；

poll：io少， <10

select: 无poll epoll 比如Linux2.4前
都是对网络应用层的IO事件处理4种，根本没有对用户层的业务service处理还，只处理了IO里的事件，告诉你吃饭events事件了，没告诉你什么饭怎么吃具体的service
过程：server listen——client connect——server accept——client send ——server receive同时回传
事件：

所以是IO事件触发——水平触发，边沿触发

核心是events事件，一个IO的生命周期=无数多个events

server关心events，不是具体io，对不同events执行不同callback回调函数cb，模块化！！！
reactor：核反应堆=不同IO事件处理callback回调函数 cb的集合

封装起来，给以后用户层service用，更符合人的逻辑

**什么是reactor：**注册一个events，当events发生，就从reactor查返回回调函数，做反应（类似留下名片只要有事就call 你）

为什么要用reactor因为可以更好关注事件而不是io，io太多也不是都活着，从io管理➡️ 事件管理