linux网络编程 (3) 什么是reactor？如何实现服务器百万并发
文章目录
- 一、什么是reactor？
- 二、reactor的基本概念
- 三、reactor的工作流程
- 四、通过epoll实现一个reactor
- 1.设计连接池
- 2、事件源关联事件
- 3、定义回调函数
- 4、设置回调函数
- 5 、主循环
- 五、服务器百万并发
- 1.socket：Too many open files 操作系统限制文件打开数量
- 2.修改 vim /etc/security/limits.conf
- 3.系统资源限制
- 4.内核模块未加载
一、什么是reactor？
reactor是一种事件驱动编程手段，常用于高并发的网络I/O编程中。它用于处理大量的客户端请求，根据I/O上触发的不同事件，执行不同的回调函数。
二、reactor的基本概念
事件源：指可以触发事件的一些实体，比如网络I/O套接字，当套接字状态发生变化，比如有数据可读、有数据可写时，会触发一个事件。
事件循环： reactor模式依赖于一个事件循环机制，它会不断的检查事件源上是否有事件发生，当有事件发生后，会把事件分发下去。
事件处理： 事件源上不同的事件，都有自己独立的事件处理函数，处理具体的业务逻辑。
三、reactor的工作流程
1.监听事件：reactor 会监听所有注册的事件源（例如套接字），并等待事件的发生。
2.事件触发： 当某个事件源准备好进行某种操作时（例如网络连接有数据可读），Reactor 就会触发事件。
3.分发事件： Reactor 会将事件分发给合适的事件处理器。每个事件处理器负责处理特定类型的事件，如数据读取、写入等。
4.处理事件： 事件处理器会执行与事件相关的操作，比如读取数据、处理请求、发送响应等。
四、通过epoll实现一个reactor
1.设计连接池
首先我们需要定义一个连接池，定义连接池的目的主要是把每个I/O连接和一组数据关联起来，通过文件描述符就可以很方便的找到和其相关联的数据，连接池定义如下：
typedef struct epollConnInfo
{
int fd;
char wBuffer[BUFFER_LENGTH];
int wLength;
char rBuffer[BUFFER_LENGTH];
int rLength;
RCALLBACK send_callback;
union
{
RCALLBACK accept_callback;
RCALLBACK recv_callback;
} r_action;
}EPOLLCONNINFO;
连接池中包含了文件描述符，收数据buffer、收数据长度、发数据buffer、发数据长度，以及不同的回调函数。对于不同的fd，不同的事件，会触发不同的回调函数。
我们使用每个fd即作为连接池的下标，方便访问。我们把连接池的大小设置为1048576，方便我们实现服务器百万级并发：
#define CONNECTION_SIZE 1048576
struct conn conn_list[CONNECTION_SIZE] = {0};
2、事件源关联事件
事件源即为sockfd，一个网络I/O，分为listenfd和clientfd。事件即为可读或者可写，在epoll中事件源关联事件，即将fd添加到epoll的红黑树上，并设置监听事件，通过epoll进行管理，我们定义如下函数：
int set_event(int fd,int event,int mode)
{
struct epoll_event ev;
ev.events = event; //可读 EPOLLIN 可写 EPOLLOUT
ev.data.fd = fd;
return epoll_ctl(epFd,mode,fd,&ev);
}
其中mode为EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_MOD、EPOLL_CTL_DEL。
3、定义回调函数
需要定义三个回调函数
int accept_cb(int listenFd)
{
//当监听套接字上有可读事件时触发此函数，即有新连接连入
struct sockaddr_in clientSock;
socklen_t len = sizeof(struct sockaddr);
int clientFd = accept(listenFd,(struct sockaddr*)&clientSock,&len);
if(clientFd < 0)
{
printf("error! accept_cb error !listenfd: %d",listenFd);
return clientFd;
}
//客户端套接字和连接池绑定
conn_list[clientFd].fd = clientFd;
conn_list[clientFd].r_action.accept_callback = recv_cb;
conn_list[clientFd].send_callback = send_cb;
memset(conn_list[clientFd].wBuffer,0,BUFFER_LENGTH);
memset(conn_list[clientFd].rBuffer,0,BUFFER_LENGTH);
//客户端套接字加入epoll管理
set_event(clientFd,EPOLLIN,EPOLL_CTL_ADD);
}
int recv_cb(int fd)
{
//客户端套接字可读
memset(conn_list[fd].rBuffer, 0, BUFFER_LENGTH );
int length = recv(fd,conn_list[fd].rBuffer,BUFFER_LENGTH,0);
if(length == 0)
{
//该连接被断开
printf("client disconnect: %d
", fd);
close(fd);
epoll_ctl(epFd,EPOLL_CTL_DEL,fd,NULL);
return 0;
}else if (length < 0)
{
printf("count: %d, errno: %d, %s
", length, errno, strerror(errno));
close(fd);
epoll_ctl(epFd,EPOLL_CTL_DEL,fd,NULL);
}
memcpy(conn_list[fd].wBuffer, conn_list[fd].rBuffer, length);
conn_list[fd].wLength = length;
set_event(fd,EPOLLOUT,EPOLL_CTL_MOD); //修改客户端fd的epoll事件，关注可写事件
return 0;
}
int send_cb(int fd)
{
//客户端fd可写
printf("send_cb action! clientfd:%d
",fd);
send(fd,conn_list[fd].wBuffer,conn_list[fd].wLength,0);
set_event(fd, EPOLLIN, EPOLL_CTL_MOD);
return 0;
}
4、设置回调函数
回调函数在连接池中，我们通过fd即可访问fd关联的连接池。在listenfd和clientfd创建时，设置它们的回调函数。
listenfd：
//把监听套接字和连接池关联
conn_list[listenFd].fd = listenFd;
conn_list[listenFd].r_action.accept_callback = accept_cb;
clientfd：
//客户端套接字和连接池绑定
conn_list[clientFd].fd = clientFd;
conn_list[clientFd].r_action.accept_callback = recv_cb;
conn_list[clientFd].send_callback = send_cb;
memset(conn_list[clientFd].wBuffer,0,BUFFER_LENGTH);
memset(conn_list[clientFd].rBuffer,0,BUFFER_LENGTH);
5 、主循环
while(1)
{
//主循环
struct epoll_event evs[EPOLLEVENT_SIZE] = {0};
int occuredEvents = epoll_wait(epFd,evs,EPOLLEVENT_SIZE,-1);//occuredEvents是执行一次epollwait时发生事件的套接字数量
for(int i = 0;i < occuredEvents;i++)
{
//根据fd发生的事件 调用不同的回调函数
if(evs[i].events & EPOLLIN)
{
conn_list[evs[i].data.fd].r_action.accept_callback(evs[i].data.fd);
}
if(evs[i].events & EPOLLOUT)
{
conn_list[evs[i].data.fd].send_callback(evs[i].data.fd);
}
}
}
通过上述5个步骤，我们就通过epoll实现了一个简易的reator，并且可通过该reactor实现百万级并发。
五、服务器百万并发
影响服务器并发量的因素有如下：
1.socket：Too many open files 操作系统限制文件打开数量
通过ulimit -a 查看数量
如上图，这里的数量是65535，可通过ulimit -n 1048576 设置为百万级别。
2.修改 vim /etc/security/limits.conf
把这个值也设置为 1048576
3.系统资源限制
通常一个tcp连接有如下五元组成
服务器ip 服务器端口 客户端ip 客户端端口 网络协议
我们可以在服务器开放多个端口，也就是创建多个listenfd，这样可以提高服务器的并发数量。
4.内核模块未加载
若出现错误 
执行 sudo modprobe ip_conntrack
参考学习
https://github.com/0voice
本文地址：https://www.vps345.com/7302.html
