几种服务器端IO模型的简单介绍及实现（下）
5、使用事件驱动库libevent的服务器模型
Libevent 是一种高性能事件循环/事件驱动库。
为了实际处理每个请求，libevent 库提供一种事件机制，它作为底层网络后端的包装器。事件系统让为连接添加处理函数变得非常简便，同时降低了底层IO复杂性。这是 libevent 系统的核心。
创建 libevent 服务器的基本方法是，注册当发生某一操作（比如接受来自客户端的连接）时应该执行的函数，然后调用主事件循环 event_dispatch()。执行过程的控制现在由 libevent 系统处理。注册事件和将调用的函数之后，事件系统开始自治；在应用程序运行时，可以在事件队列中添加（注册）或 删除（取消注册）事件。事件注册非常方便，可以通过它添加新事件以处理新打开的连接，从而构建灵活的网络处理系统。
使用Libevent实现的一个回显服务器如下：
#include <event2/event.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#define MAX_LINE 16384
void do_read(evutil_socket_t fd, short events, void *arg);
void do_write(evutil_socket_t fd, short events, void *arg);
struct fd_state
{
char buffer[MAX_LINE];
size_t buffer_used;
size_t n_written;
size_t write_upto;
struct event *read_event;
struct event *write_event;
};
struct fd_state * alloc_fd_state(struct event_base *base, evutil_socket_t fd)
{
struct fd_state *state = (struct fd_state *)malloc(sizeof(struct fd_state));
if (!state)
{
return NULL;
}
state->read_event = event_new(base, fd, EV_READ|EV_PERSIST, do_read, state);
if (!state->read_event)
{
free(state);
return NULL;
}
state->write_event = event_new(base, fd, EV_WRITE, do_write, state);
if (!state->write_event)
{
event_free(state->read_event);
free(state);
return NULL;
}
memset(state->buffer,0,MAX_LINE);
state->buffer_used = state->n_written = state->write_upto = 0;
return state;
}
void free_fd_state(struct fd_state *state)
{
event_free(state->read_event);
event_free(state->write_event);
free(state);
}
void do_read(evutil_socket_t fd, short events, void *arg)
{
struct fd_state *state = (struct fd_state *) arg;
char buf[1024];
int i;
int result;
assert(state->write_event);
while(1)
{
memset(buf,0,1024);
result = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);
if (result <= 0)
{
break;
}
else
{
for (i=0; i < result; ++i)
{
if (state->buffer_used < sizeof(state->buffer))
state->buffer[state->buffer_used++] = buf[i];
}
}
}
printf("receive data: %s size: %d\n",state->buffer+state->n_written,state->write_upto-state->n_written);
assert(state->write_event);
event_add(state->write_event, NULL);
state->write_upto = state->buffer_used;
if (result == 0)
{
printf("connect closed \n");
free_fd_state(state);
}
else if (result < 0)
{
#ifdef WIN32
if (result == -1 && WSAGetLastError()==WSAEWOULDBLOCK)
return;
#else
if (errno == EAGAIN)
return;
#endif
perror("recv");
free_fd_state(state);
}
}
void do_write(evutil_socket_t fd, short events, void *arg)
{
struct fd_state *state = (struct fd_state *)arg;
while (state->n_written < state->write_upto)
{
int result = send(fd, state->buffer + state->n_written,
state->write_upto - state->n_written, 0);
if (result < 0)
{
#ifdef WIN32
if (result == -1 && WSAGetLastError()==WSAEWOULDBLOCK)
return;
#else
if (errno == EAGAIN)
return;
#endif
free_fd_state(state);
return;
}
assert(result != 0);
printf("send data: %s \n",state->buffer+ state->n_written);
state->n_written += result;
}
//buffer is full
if (state->n_written == state->buffer_used)
{
state->n_written = state->write_upto = state->buffer_used = 0;
memset(state->buffer,0,MAX_LINE);
}
}
void do_accept(evutil_socket_t listener, short event, void *arg)
{
struct event_base *base = (struct event_base *)arg;
struct sockaddr_in ss;
int slen = sizeof(ss);
int fd = accept(listener, (struct sockaddr*)&ss, &slen);
if (fd > 0)
{
printf("accept socket %d, address %s \n",fd,inet_ntoa(ss.sin_addr));
struct fd_state *state;
evutil_make_socket_nonblocking(fd);
state = alloc_fd_state(base, fd);
assert(state);
assert(state->read_event);
event_add(state->read_event, NULL);
}
}
void run()
{
int listener;
struct sockaddr_in addr_server;
struct event_base *base;
struct event *listener_event;
base = event_base_new();
if (!base)
{
perror("event_base_new error");
return;
}
addr_server.sin_addr.S_un.S_addr = ADDR_ANY;
addr_server.sin_family = AF_INET;
addr_server.sin_addr.s_addr = 0;
addr_server.sin_port = htons(10286);
listener = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
evutil_make_socket_nonblocking(listener);
int one = 1;
setsockopt(listener, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char *)&one, sizeof(one));
if (bind(listener, (struct sockaddr*)&addr_server, sizeof(addr_server)) < 0)
{
perror("bind error");
return;
}
if (listen(listener, 10)<0)
{
perror("listen error");
return;
}
printf("server is listening ... \n");
listener_event = event_new(base, listener, EV_READ|EV_PERSIST, do_accept, (void*)base);
event_add(listener_event, NULL);
event_base_dispatch(base);
}
int init_win_socket()
{
WSADATA wsaData;
if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2) , &wsaData ) != 0)
{
return -1;
}
return 0;
}
int main(int c, char **v)
{
#ifdef WIN32
init_win_socket();
#endif
run();
getchar();
return 0;
}6、信号驱动IO模型（Signal-driven IO）
使用信号，让内核在描述符就绪时发送SIGIO信号通知应用程序，称这种模型为信号驱动式I/O（signal-driven I/O）。
图示如下：
首先开启套接字的信号驱动式I/O功能，并通过sigaction系统调用安装一个信号处理函数。该系统调用将立即返回，我们的进程继续工作，也就是说进程没有被阻塞。当数据报准备好读取时，内核就为该进程产生一个SIGIO信号。随后就可以在信号处理函数中调用recvfrom读取数据报，并通知主循环数据已经准备好待处理，也可以立即通知主循环，让它读取数据报。
无论如何处理SIGIO信号，这种模型的优势在于等待数据报到达期间进程不被阻塞。主循环可以继续执行 ，只要等到来自信号处理函数的通知：既可以是数据已准备好被处理，也可以是数据报已准备好被读取。
7、异步IO模型（asynchronous IO）
异步I/O（asynchronous I/O）由POSIX规范定义。演变成当前POSIX规范的各种早起标准所定义的实时函数中存在的差异已经取得一致。一般地说，这些函数的工作机制是：告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作（包括将数据从内核复制到我们自己的缓冲区）完成后通知我们。这种模型与前一节介绍的信号驱动模型的主要区别在于：信号驱动式I/O是由内核通知我们何时可以启动一个I/O操作，而异步I/O模型是由内核通知我们I/O操作何时完成。
示意图如下：
我们调用aio_read函数（POSIX异步I/O函数以aio_或lio_开头），给内核传递描述符、缓冲区指针、缓冲区大小（与read相同的三个参数）和文件偏移（与lseek类似），并告诉内核当整个操作完成时如何通知我们。该系统调用立即返回，并且在等待I/O完成期间，我们的进程不被阻塞。本例子中我们假设要求内核在操作完成时产生某个信号，该信号直到数据已复制到应用进程缓冲区才产生，这一点不同于信号驱动I/O模型。
参考：
《UNIX网络编程》
使用 libevent 和 libev 提高网络应用性能：http://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/au-libev/
使用异步 I/O 大大提高应用程序的性能：https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/
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