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socket模型

时间:2017-02-05 14:57:08      阅读:120      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:释放   water   logs   href   线程安全   循环调用   用户数   font   socket   

服务器程序,简单的说就是接收网络数据,处理后并返回结果数据。网络模块是其必不可少的部分,它本质上就是处理socket的五类事件:accept(客户端接入),connect(连接上服务器),read,write和error。socket接口有两种工作模式,一种是阻塞模式,一种是非阻塞模式。阻塞模式通常不会用,因为它有两个弊端:一是会阻塞线程,要想处理多个连接就必须要一个连接一个线程,这样线程开销大且复杂度高;二是read时,如果对端链路异常了,协议栈无法正常得到关闭通知,那么就永远阻塞住了。非阻塞模式现今有两类:一类是同步事件分离器,以select,epoll为代表;一类是异步io,以iocp为代表。在非阻塞模式的实践上,通常会使用reactor和proactor这两种设计模式。


涉及的系统接口

技术分享

 


 

reactor

reactor由资源、事件处理器、资源管理器、调度器和同步事件分离器构成。资源是抽象出的能产生某些事件的对象,资源的种类表示着reactor功能的数量,在本文特指socket。事件处理器是资源产生事件时执行的函数。资源管理器是资源和事件处理器的容器。调度器是一个过程,调用同步事件分离器检测多个资源产生的事件,然后唤醒对应的事件处理器。同步事件分离器就是select,epoll等系统函数。reactor基于事件循环(调度器不断执行),能以单线程同步检测处理多路socket的事件。其输入就是资源和事件处理器,其输出为唤醒事件处理器。libev就是典型的实现。

其优点为:

  • 单线程处理多路socket,规范了一套处理流程。

其缺点为:

  • 使用者的知识度没有减少,需要自己进行accept,read,write和错误判断。
  • 假设为单线程环境,接口都不是线程安全的,在多线程项目中用起来不是很平滑。(与模式无关,libev等实现的缺陷)

proactor

它由资源、请求、请求完成处理器、资源管理器、调度器和异步处理器构成。资源同reactor。请求是对资源的实际操作,如read,write,accept,每个请求对应于一个异步处理器,请求不会立刻执行,而是先缓存在请求队列中,由调度器统一处理。请求完成处理器是请求完成后的回调函数。资源管理器是资源、请求和请求完成处理器的容器。调度器也是一个过程,从资源管理器中取出请求,调用相应的异步处理器,在异步处理完毕后调用请求完成处理器。异步处理器为操作系统提供的异步操作函数,如iocp,或者用线程去模拟。它也是基于事件循环,能以单线程并发处理多路socket的事件。其输入为资源和请求,其输出为请求完成通知。libuv就是典型的实现。

其优点为:

  • 单线程处理多路socket,规范了一套处理流程。
  • 在操作系统支持真异步处理器时,有并发性。
  • 使用者所需知识度低,不需要了解实际的事件处理。

其缺点为:

  • 假设为单线程环境,接口都不是线程安全的,在多线程项目中用起来不是很平滑。(与模式无关,libuv等实现的缺陷)

 

reactor和proactor的区别


reactor侧重的是告诉使用者a资源发生了b事件,怎么处理你看着办吧。proactor侧重的是告诉使用者,主人你对a资源进行的b请求完成了。以做软件项目为例子,在reactor时,它就是老板,你就是程序员,某天它对你下达一个开发x软件的任务,然后你就去调研需求,设计编码;在proactor时,它就是程序员,你就是老板,某天你对它下达一个开发x软件的任务,它开发完毕后告诉你,老板,x软件开发完毕。

从实现细节来看,reactor就是缺少异步处理器,如果内部为每种事件提供一个异步处理器,将输入的事件侦听变为提交请求,那么reactor就变为proactor了。


 

更好的proactor

我希望所有的请求操作都是线程安全的,请求完成通知不是通过回调函数由内部发起,而是转化为一条消息,由外部主动获取。这样能更好的整合到项目中。它的接口是这样的:

 1 #ifndef SSOCKET_H
 2 #define SSOCKET_H
 3 
 4 #define    SS_MSG_ACCEPT 1 //客户端连接消息
 5 #define SS_MSG_OPEN 2 //连接服务器成功消息
 6 #define SS_MSG_DATA 3 //数据消息
 7 #define SS_MSG_CLOSE 4 //对方断开消息
 8 #define SS_MSG_ERROR 5 //错误消息,发生时,socket已经断开
 9 #define SS_MSG_FILE 6 //文件发送成功消息
10 
11 struct ss_message{
12     int type;
13     int id;
14     void *ud;
15     int size; //在type = SS_MSG_ACCEPT时,size为客户端的id;在SS_MSG_DATA时,size为data的大小
16 
17     //在SS_MSG_DATA时,data为数据;在SS_MSG_ACCEPT时,data为ip地址字符串;在SS_MSG_ERROR时,data为错误消息;在SS_MSG_FILE时,data为文件路径;
18     //SS_MSG_DATA,SS_MSG_ACCEPT,SS_MSG_FILE,data需要外部释放
19     char *data;
20 };
21 
22 int ss_init();
23 //获取一条网络消息,return >0有消息
24 int ss_poll(struct ss_message *m);
25 
26 //以下接口都是线程安全的
27 int ss_listen(const char *addr,int port,int bks,void *ud);
28 int ss_connect(const char *addr,int port,void *ud);
29 void ss_close(int id);
30 void ss_bind(int id,void *ud);
31 void ss_start(int id);
32 void ss_send(int id,char *data,int n);
33 int ss_send_file(int id,const char *path);
34 
35 #endif

socket句柄不暴露给外部,而是暴露内部的id,内部的id可以映射到实际的socket句柄,这样做更安全,通过id,内部可以检测该socket是否有效。

由外部循环调用ss_poll来获取请求完成通知。

ss_bind可以为id绑定一个用户数据,该id的请求完成消息里会带上该用户数据。

ss_start用于开始accept,read这些持续性请求,而不需要一次一次发起。

ss_send将要发送的数据送入id的发送队列,内部会保证有序的发送出去。

ss_send_file:因为内部有发送队列要缓存数据,所以并不适合文件这种大数据量的需求,该接口会使用sendfile要处理文件发送,从而避免缓存文件数据。

ss_close在关闭时会保证发送队列已经全部发送,否则不会关闭socket.

具体的实现放在github上。


在服务器程序上使用


多线程的服务器程序通常是这样的结构:

技术分享

网关用于提供入口点,会收到所有的socket消息,在accept时会创建一个agent,此后该socket的消息就会发送到该agent。agent负责解码网络数据,分解出一个个协议包,然后调用协议包处理器处理该包,再将处理的结果编码为协议包发送到该socket。因为proactor是单线程的,为了并发,一般有两种方式:

  1. agent解码出协议包后,用线程池来执行包处理逻辑。
  2. agent缓存住网络数据,由线程池来调度agent,以一定的频率来进行解码、包处理。

网关和agent的作用是隔离网络层,进行网络协议和内部协议的转换。agent除了转换协议,还可以保存中间状态,在有状态的协议中,agent和socket是一一配对的。在无状态的协议中,所有的socket可以共用一个agent。

 

socket模型

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原文地址:http://www.cnblogs.com/watercoldyi/p/6366890.html

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