Libevent源码分析-----evthread

xiaoxiao2021-02-28  153

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        一般来说,是主线程执行event_base_dispatch函数。本文也是如此,如无特别说明,event_base_dispatch函数是由主线程执行的。

notify的理由:

        本文要说明的问题是,当主线程在执行event_base_dispatch进入多路IO复用函数时,会处于休眠状态,休眠前解锁。此时,其他线程可能想往event_base添加一个event,这个event可能是一般的IO event也可能是超时event。无论哪个,都需要及时告知主线程:有新的event要加进来。要实现这种功能就需要Libevent提供一种机制来提供唤醒主线程。

工作原理:

        Libevent提供的唤醒主线程机制也是挺简单的,其原理和《信号event的处理》一文中提到的方法是一样的。提供一个内部的IO  event,专门用于唤醒主线程。当其他线程有event要add进来时,就往这个内部的IO event写入一个字节。此时,主线程在dispatch时,就能检测到可读,也就醒来了。这就完成了通知。这过程和Libevent处理信号event是一样的。

相关结构体:

        下面看一下Libevent的实现代码。同信号处理一样,先来看一下event_base提供了什么成员。

[cpp] view plain copy struct event_base {      …      //event_base是否处于通知的未决状态。即次线程已经通知了,但主线程还没处理这个通知      int is_notify_pending;      evutil_socket_t th_notify_fd[2]; //通信管道      struct event th_notify;//用于监听th_notify_fd的读端      //有两个可供选择的通知函数,指向其中一个通知函数      int (*th_notify_fn)(struct event_base *base);  };  

创建通知event并将之加入到event_base:

        现在看Libevent怎么创建通信通道,以及怎么和event相关联。在event_base_new_with_config(event_base_new会调用该函数)里面会调用evthread_make_base_notifiable函数,使得libevent变成可通知的。只有在已经支持多线程的情况下才会调用evthread_make_base_notifiable函数的。 [cpp] view plain copy //event.c文件  int  evthread_make_base_notifiable(struct event_base *base)  {      //默认event回调函数和默认的通知函数      void (*cb)(evutil_socket_t, shortvoid *) = evthread_notify_drain_default;      int (*notify)(struct event_base *) = evthread_notify_base_default;        /* XXXX grab the lock here? */      if (!base)          return -1;        //th_notify_fd[0]被初始化为-1,如果>=0,就说明已经被设置过了      if (base->th_notify_fd[0] >= 0)          return 0;    #if defined(_EVENT_HAVE_EVENTFD) && defined(_EVENT_HAVE_SYS_EVENTFD_H)  #ifndef EFD_CLOEXEC    #define EFD_CLOEXEC 0  #endif      //Libevent优先使用eventfd,但eventfd的通信机制和其他的不一样。所以      //要专门为eventfd创建通知函数和event回调函数      base->th_notify_fd[0] = eventfd(0, EFD_CLOEXEC);      if (base->th_notify_fd[0] >= 0) {          evutil_make_socket_closeonexec(base->th_notify_fd[0]);          notify = evthread_notify_base_eventfd;          cb = evthread_notify_drain_eventfd;      }  #endif  #if defined(_EVENT_HAVE_PIPE)      //<0,说明之前的通知方式没有用上      if (base->th_notify_fd[0] < 0) {          //有些多路IO复用函数并不支持文件描述符。如果不支持,那么就不能使用这种          //通知方式。有关这个的讨论.查看http://blog.csdn.net/luotuo44/article/details/38443569          if ((base->evsel->features & EV_FEATURE_FDS)) {              if (pipe(base->th_notify_fd) < 0) {                  event_warn("%s: pipe", __func__);              } else {                  evutil_make_socket_closeonexec(base->th_notify_fd[0]);                  evutil_make_socket_closeonexec(base->th_notify_fd[1]);              }          }      }  #endif    #ifdef WIN32  #define LOCAL_SOCKETPAIR_AF AF_INET  #else  #define LOCAL_SOCKETPAIR_AF AF_UNIX  #endif        if (base->th_notify_fd[0] < 0) {          if (evutil_socketpair(LOCAL_SOCKETPAIR_AF, SOCK_STREAM, 0,              base->th_notify_fd) == -1) {              event_sock_warn(-1, "%s: socketpair", __func__);              return (-1);          } else {              evutil_make_socket_closeonexec(base->th_notify_fd[0]);              evutil_make_socket_closeonexec(base->th_notify_fd[1]);          }      }        //无论哪种通信机制,都要使得读端不能阻塞      evutil_make_socket_nonblocking(base->th_notify_fd[0]);        //设置回调函数      base->th_notify_fn = notify;        //同样为了让写端不阻塞。虽然,如果同时出现大量需要notify的操作,会塞满通信通道。      //本次的notify会没有写入到通信通道中(已经变成非阻塞了)。但这无所谓,因为目的是      //唤醒主线程,通信通道有数据就肯定能唤醒。      if (base->th_notify_fd[1] > 0)          evutil_make_socket_nonblocking(base->th_notify_fd[1]);        //该函数的作用等同于event_new。实际上event_new内部也是调用event_assign函数完成工作的      //函数cb作为这个event的回调函数      event_assign(&base->th_notify, base, base->th_notify_fd[0],                   EV_READ|EV_PERSIST, cb, base);        //标明是内部使用的      base->th_notify.ev_flags |= EVLIST_INTERNAL;      event_priority_set(&base->th_notify, 0); //最高优先级        return event_add(&base->th_notify, NULL);//加入到event_base中。  }  

        上面代码展示了,Libevent会从eventfd、pipe和socketpair中选择一种通信方式。由于有三种通信通道可供选择,下文为了方便叙述,就假定它选定的是pipe。

        上面代码的工作过程和普通的Libevent例子程序差不多,首先创建一个文件描述符fd,然后用这个fd创建一个event,最后添加到event_base中。

唤醒流程:

        现在沿着这个内部的event的工作流程走一遍。

启动notify:

        首先往event写入一个字节,开启一切。由于这个event是内部的,用户是接触不到的。所以只能依靠Libevent提供的函数。当然这个函数也不会开放给用户,它只是供Libevent内部使用。

        现在来看Libevent内部的需要。在event_add_internal函数中需要通知主线程,在该函数的最后面会调用evthread_notify_base。

[cpp] view plain copy //event.c文件  static int  evthread_notify_base(struct event_base *base)  {      //确保已经加锁了      EVENT_BASE_ASSERT_LOCKED(base);      if (!base->th_notify_fn)          return -1;        //写入一个字节,就能使event_base被唤醒。      //如果处于未决状态,就没必要写多一个字节      if (base->is_notify_pending)          return 0;        //通知处于未决状态,当event_base醒过来就变成已决的了。      base->is_notify_pending = 1;      return base->th_notify_fn(base);  }  

        在evthread_notify_base中,会调用th_notify_fn函数指针。这个指针是在前面的evthread_make_base_notifiable函数中被赋值的。这里以evthread_notify_base_default作为例子。这个evthread_notify_base_default完成实际的通知操作。

激活内部event:

[cpp] view plain copy //event.c文件。  static int  evthread_notify_base_default(struct event_base *base)  {      char buf[1];      int r;      buf[0] = (char) 0;      //通知一下,用来唤醒。写一个字节足矣  #ifdef WIN32      r = send(base->th_notify_fd[1], buf, 1, 0);  #else      r = write(base->th_notify_fd[1], buf, 1);  #endif      //即使errno 等于 EAGAIN也无所谓,因为这是由于通信通道已经塞满了      //这已经能唤醒主线程了。没必要一定要再写入一个字节      return (r < 0 && errno != EAGAIN) ? -1 : 0;  }  

        从上面两个函数看到,其实通知也是蛮简单的。只是往管道里面写入一个字节。当然这已经能使得event_base检测到管道可读,从而实现唤醒event_base。

        往管道写入一个字节,event_base就会被唤醒,然后调用这个管道对应event的回调函数。当然,在event_base醒来的时候,还能看到其他东西。这也是Libevent提供唤醒功能的原因。

        现在看一下这个唤醒event的回调函数,也是看默认的那个。 [cpp] view plain copy //event.c  static void  evthread_notify_drain_default(evutil_socket_t fd, short what, void *arg)  {      unsigned char buf[1024];      struct event_base *base = arg;        //读完fd的所有数据,免得再次被唤醒  #ifdef WIN32      while (recv(fd, (char*)buf, sizeof(buf), 0) > 0)          ;  #else      while (read(fd, (char*)buf, sizeof(buf)) > 0)          ;  #endif        EVBASE_ACQUIRE_LOCK(base, th_base_lock);      //修改之,使得其不再是未决的了。当然这也能让其他线程可以再次唤醒值。参看evthread_notify_base函数      base->is_notify_pending = 0;      EVBASE_RELEASE_LOCK(base, th_base_lock);  }  

        这个函数也比较简单,也就是读取完管道里的所有数据,免得被多路IO复用函数检测到管道可读,而再次被唤醒。

      

        上面的流程就完成了Libevent的通知唤醒主线程的功能,思路还是蛮清晰的。实现起来也是很简单。

注意事项:

        有一点要注意:要让Libevent支持这种可通知机制,就必须让Libevent使用多线程,即在代码的一开始调用evthread_use_pthreads()或者evthread_use_windows_threads()。虽然用户可以手动调用函数evthread_make_base_notifiable。但实际上是不能实现通知功能的。分析如下:

        Libevent代码中是通过调用函数evthread_notify_base来通知的。但这个函数都是在一个if语句中调用的。判断的条件为是否需要通知。If成立的条件中肯定会&&上一个EVBASE_NEED_NOTIFY(base)。比如在event_add_internal函数中的为:

[cpp] view plain copy if (res != -1 && notify && EVBASE_NEED_NOTIFY(base))          evthread_notify_base(base);  

        notify是根据函数中的判断而来,而EVBASE_NEED_NOTIFY这个宏定义的作用是判断当前的线程是否不等于主线程(即为event_base执行event_base_dispatch函数的线程)。它是一个条件宏。其中一个实现为:

[cpp] view plain copy #define EVBASE_NEED_NOTIFY(base)             \      (_evthread_id_fn != NULL &&          \          (base)->running_loop &&           \          (base)->th_owner_id != _evthread_id_fn())    #define EVTHREAD_GET_ID() \      (_evthread_id_fn ? _evthread_id_fn() : 1)  

        event_base结构体中th_owner_id变量指明当前为event_base执行event_base_dispatch函数的是哪个线程。在event_base_loop函数中用宏EVTHREAD_GET_ID()赋值。

        如果一开始没有调用evthread_use_pthreads或者evthread_use_windows_threads,那么全局变量evthread_id_fn就为NULL。也就不能获取线程的ID了。EVBASE_NEED_NOTIFY宏也只会返回0,使得不能调用evthread_notify_base函数。关于线程这部分的分析,可以参考《多线程、锁、条件变量(一)》和《多线程、锁、条件变量(二)》。

        下面的用一个例子验证。

[cpp] view plain copy #include<event.h>  #include<stdio.h>  #include<unistd.h>  #include<thread.h>    #include<pthread.h> //Linux thread    struct event_base *base = NULL;      void pipe_cb(int fd, short events, void *arg)  {      printf("in the cmd_cb\n");  }    void timeout_cb(int fd, short events, void *arg)  {      printf("in the timeout_cb\n");  }    void* thread_fn(void *arg)  {      char ch;      scanf("%c", &ch); //just for wait        struct event *ev = event_new(base, -1, EV_TIMEOUT | EV_PERSIST,                                   timeout_cb, NULL);        struct timeval tv = {2, 0};      event_add(ev, &tv);  }    int main(int argc, char ** argv)  {      if( argc >= 2 && argv[1][0] == 'y')          evthread_use_pthreads();        base = event_base_new();      evthread_make_base_notifiable(base);        int pipe_fd[2];      pipe(pipe_fd);        struct event *ev = event_new(base, pipe_fd[0],                                   EV_READ | EV_PERSIST, pipe_cb, NULL);        event_add(ev, NULL);        pthread_t thread;      pthread_create(&thread, NULL, thread_fn, NULL);              event_base_dispatch(base);        return 0;  }  

        如果次线程的event被add到event_base中,那么每2秒timeout_cb函数就会被调用一次。如果没有被add的话,就永远等待下去,没有任何输出。

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