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一文聊聊Redis中的epoll和文件事件

本篇文章给大家介绍一下Redis中的文件事件，有一定的参考价值，有需要的朋友可以参考一下，希望对你有所帮助。

一文聊聊Redis中的epoll和文件事件

事件驱动

Redis 服务器是事件驱动程序，分为文件事件和时间事件

  • 文件事件：socket 的可读可写事件
  • 定时任务

【相关推荐：Redis视频教程】

它们都被封装到aeEventLoop结构体中

typedef struct aeEventLoop {
	int stop; // 标识事件是否结束
	aeFileEvent *events; // 文件事件数组，存储已注册的文件事件
	aeFireEvent *fired; // 存储被触发的文件事件
	aeTimeEvent *timteEventHead; // 多个时间事件形成的链表
	void *apidata; // I/O模型的封装
	aeBeforeSleepProc *beforesleep; // 进程阻塞前执行
	aeBeforeSleepProc *aftersleep; // 进程被唤醒后执行
} aeEventLoop;

事件驱动程序实际上也是通过while/for循环，循环等待事件的发生

while (! eventLoop->stop) {
	if (eventLoop->beforesleep != NULL)
		eventLoop->beforesleep(eventLoop)
	aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS|AE_CALL_AFTER_SLEEP);
}

aeProcessEvents为事件处理主函数

epoll

Redis 客户端通过 TCP socket 与服务端交互，文件事件指的就是 socket 的可读可写事件。一般使用非阻塞模式，相关的 I/O 多路复用有select/epoll/kqueue等，不同的操作系统不同的实现。

以epoll为例，它是 Linux 内核为处理大量并发网络连接而提出解决方案。epoll提供3个 API

  • epoll_create 创建一个 epoll 专用的文件描述符，用于后续 epoll 相关 API 调用

int epoll_create(int size)
// size 告知内核程序期望注册的网络连接数目，Linux 2.6.8后改为内核动态分配
// 返回参数是 epoll 专用的文件描述符

  • epoll_ctl 函数向 epoll 注册、修改或删除需要监控的事件

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
// epfd 函数 epoll_create 返回的 epoll 文件描述符
// op 操作类型 EPOLL_CTL_ADD：注册事件； EPOLL_CTL_MOD：修改网络连接事件； EPOLL_CTL_DEL：删除事件
// fd 网络连接的 socket 文件描述符
// event 需要监控的事件

  • epoll_wait 函数会会阻塞进程，直到监控的若干网络连接有事件发生

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *event, int maxevents, int timeout)
// epfd 函数epoll_create返回的epoll文件描述符
// epoll_event 作为输出参数使用，用于回传已触发的事件数组
// maxevents 每次能处理的最大事件数目
// timeout epoll_wait 函数阻塞超时时间，如果超过 timeout 时间还没有事件发生，函数就不再阻塞直接返回；当 timeout 等于0是函数立即返回，timeout 等于-1时函数一直阻塞到有事件发生

文件事件

Reids 没有直接使用 epoll 的 API，而是同时支持4种I/O多路复用模型，对这些模型的 API 进行了封装。然后在编译阶段检查操作系统支持的I/O多路复用模型，并按照策略来决定复用那张模型。

还是以 epoll 为例，Redis 进行了如下封装

// 对应 epoll_create
static int aeApiCreate(aeEventLoop *eventLoop)

// 对应 epoll_ctl 添加事件
static int aeApiAddEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask)
// 对应 epoll_ctl 删除事件
static int aeApiDelEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int delmask)

// 对应 epoll_wait
static int aeApiPool(aeEventLoop *eventLoop, struct timeval *tvp)

回忆一下上面提到的eventLoop结构体，其成员 apidata 指向4种I/O多路复用模型对象；events 存储需要监控的事件数组，以 socket 文件描述符作为数组索引存取元素；fired 存储已触发的事件数组。

文件事件的结构体定义如下：

typedef struct aeFileEvent {
	int mask; // 文件事件类型 AE_READABLE 可读事件；AE_WRITEABLE 可写事件
	aeFileProc *rfileProc; // 读事件处理函数指针
	aeFileProc *wfileProc; // 写事件处理函数指针
	void *clientData; // 指向对应的客户端对象
} aeFileEvent;

看一下创建文件事件 aeCreateFileEvent 的实现

int aeCreateFileEvent (aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask, aeFileProc *proc, void *clientData) {
	aeFileEvent *fe = &eventLoop->evnts[fd];
	if (aeApiAddEvent(eventLoop, fd, mask) == -1)
		return AE_ERR;
	fe->mask |= mask;
	if (mask & AE_READABLE) fe->rfileProc = proc;
	if (mask & AE_WRITABLE) fe->wfileProc = proc;
	fe->clientData = clientData;
	return AE_OK;
}

Redis 服务器会通过创建各类文件事件来处理事务，比如：

  • 启动时创建 socket 并监听，等待客户端连接
aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE, acceptTcpHandler, NULL);
  • 客户端与服务器建立 socket 连接之后，服务器会等待客户端的命令请求
aeCreateFileEvent(server.el, fd, AE_READABLLE, readQueryFromClient, c);
  • 服务器处理完客户端的命令请求之后，命令回复会暂时缓存在client结构体的buf缓冲区，待客户端文件描述符的可写事件发生时，才会真正往客户端发送命令回复
aeCreateFileEvent(server.el, c->fd, AE_READABLLE, sendReplyToClient, c);

Redis 所有事件的执行都是通过aeProcessEvents函数来控制。在其中，执行文件事件会出现阻塞情况（epoll_wait），如果阻塞事件太长了，会妨碍到时间事件（定时）的执行，为避免出现这种情况，在实现文件事件时传入的等待时间，是计算最早发生的时间事件得到的

int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags) {
	shortest = aeSearchNearestTimer(eventLoop);
	long long ms = (shortest->when_sec - now_sec) * 1000 + \
		shortest->when_ms - now_ms;

	// 阻塞事件发生
	numevents = aeApiPoll(eventLoop, ms);

	for (j=0; j < numevents; j++) {
		aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[eventLoop->fired[j]].fd];
		// 处理文件事件，即根据类型执行rfileProc或wfileProc
	}

	// 处理时间事件
	processed += processTimeEvents(eventLoop);
}

总结

现在我们来整体看一下 Redis 服务器相应命令的流程

1.png

aeMain 函数通过调用 aeProcessEvents 函数来进行文件事件和时间事件的调度和执行。aeEventLoop 中记录了事件相关的信息。首先通过 aeSearchNearestTimer 函数获取最短的时间事件的执行时间间隔n，然后调用 aeApiPoll 函数获取监听到的套接字，最后执行与套接字向对应的事件处理函数 rfileProc 和 wfileProc，最后再执行时间事件函数 processTimeEvents。

一次完整的客户端与服务端连接事件：

  • 器监听套件字的 AE_READABLE 事件，当客户端发送连接请求产生 AE_READABLE 事件，服务端会对客户端的连接请求进行应答，将客户端套接字的 AE_READABLE 事件与命令请求处理函数（aeFileProc），客户端可以向服务端发送命令请求了

  • 端向服务端发送一个命令请求，客户端套接字将产生 AE_READABLE 事件，引发命令处理器去执行，执行命令将产生相应的命令回复，服务端将客户端套接字的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理函数（aeFileProc）关联

  • 端尝试读取命令回复时，客户端套接字将产生 AE_WRITABLE 事件，触发命令回复处理器执行，当命令回复处理器将命令回复全部写入套接字之后，服务器就会接触客户端套接字的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理函数（aeFileProc）之间的关联

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