libevent源码分析一--io事件响应

Posted 2022-07-15 yang-zd

  这篇文章将分析libevent如何组织io事件，如何捕捉事件的发生并进行相应的操作。这里不会详细分析event与event_base的细节，仅描述io事件如何存储与如何响应。

1.  select

  libevent的实现io事件的backend实际上使用的是io复用接口，如select, poll, epoll等，这里以最简单的select为例进行说明。首先简单介绍一下select接口：

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

readfds, writefds, exceptfds均是文件描述符集合，调用该函数后，若readfds集合中的fd可读，或者writefds集合中的fd可写，或者exceptfds集合中的fd发生错误，或者阻塞的时间达到了timeout，函数返回。

  函数返回0，返回结果readfds集合中包含了入参readfds中现在读不会被阻塞的fd，返回结果writefds包含了对应的写不会被阻塞的fd，exceptfds包含了所有发生异常的fd。如果超时，函数返回-1，这些集合为空。

  可以看到，select调用需要传入感兴趣的io的文件描述符fd，而libevent中大家熟悉的是event_base，event结构体，event添加到event_base后就可以等待事件触发了，libevent是如何关联event, event_base与select的呢？

事实上，在libevent的源码select.c的，定义了一个数据结构struct selectop，

struct selectop 
    int event_fds;        /* Highest fd in fd set */
    int event_fdsz;
    int resize_out_sets;
    fd_set *event_readset_in;
    fd_set *event_writeset_in;
    fd_set *event_readset_out;
    fd_set *event_writeset_out;
;

它保存了libevent每次调用select需要使用到的入参与出参，这里保存的文件描述符是与加入到event_base中的event对应的。每当一个新的io的event加入到event_base, 内部都会将event对应的文件描述符fd加入到event_readset_in与event_writeset_in中，这取决于event感兴趣的是读事件还是写事件。相应的函数调用栈是：

  event_add->event_add_nolock_->evmap_io_add_->select_add

当libevent使用select作为io的backend时，event_base中的成员evbase即指向动态分配的结构selectop，那么所有感兴趣的io事件的文件描述符都已经保存在了属于event_base的selectop结构中，调用select时即可使用。

2.  event_io_map

  前面分析了select使用的入参如何保存，但除了事件对应的文件描述符，libevent同样需要保存结构event，因为event中还记录了许多其它的信息，如事件发生的调用的回调函数，事件的超时时间等。因此，加入到event_base中的event结构也需要保存，event_base中的成员struct event_io_map io的作用正是用来保存添加的io事件的event结构。

   struct event_io_map是一个hash表，如果是在非windows环境下，这个hash表可以简单地以一个动态数组实现。为描述简单，这里假设是在非windows环境下。其定义如下：

struct event_signal_map 
    /* An array of evmap_io * or of evmap_signal *; empty entries are
     * set to NULL. */
    void **entries;
    /* The number of entries available in entries */
    int nentries;
; 

  它包含一个动态数组entries，数组长度以nentries表示。动态数组的内容是指向动态分配的结构evmap_io的指针。event对应的文件描述符fd作为它在动态数组中的索引，而同一个fd可能有多个感兴趣的事件加入到同一个event_base中，因此将它们连接起来构成双向链表来解决冲突，这个双向链表就是struct evmap_io，即以event的fd作为索引即可以找到这些事件组成的双向链表。event结构中的成员ev_io包含两个指针即双向链表的前驱指针与后继指针。event_base中的成员io的存储结构可以用图2-1表示，

图2-1 event_io_map

3.  event_base_loop

  包含回调信息的event结构已经存入了event_base的io成员，对于select，event相应的文件描述符也已经保存在了event_base的evbase成员指向的struct selectop结构中。那么libevent最终是如何等待读写事件的发生并最终调用相应的回调函数的呢？答案是event_base_loop函数。

  首先，针对io事件，event_base_loop每一次循环，都会调用后端的dispatch函数，针对select后端，这个dispatch函数是select_dispatch，而select_dispatch又会调用select函数。然后，当select返回结果后，select_dispatch根据文件描述符从event_base的hash表io中将触发的event的回调函数加入到event_base的待执行回调函数链表，这个待执行回调函数链表由event_base的成员struct evcallback_list *activequeues保存。最后，event_base_loop在dispatch之后即会执行链表上的回调函数，完成事件响应。

4.  activequeues

  activequeues是一个evcallback_list类型的动态数组，用来实现事件的优先级，数组每一个成员都是一个待执行函数的链表。event_base_loop中执行这些链表上的函数时，以索引0开始按递增的顺序扫描数组，若数组成员指向的链表不为空，则依次执行上面的回调函数，索引越小，对应链表上的回调函数越先被执行，构成了事件的优先级。activequeues的结构可使用图4-1表示，

图4-1 event_base的activequeues成员结构

  libevent处理io事件的流程简化总结为：首先将io事件的event结构加入到event_base的io成员中，并将对应的fd保存到evbase指向的结构中；然后event_base_loop调用dispatch，将触发的事件的回调函数添加到activequeues多优先级链表上；最后event_base_loop中执行activequeues上的回调函数，完成事件响应。

5.  部分概念说明表

event_base	libevent中的基本结构，所有的event添加到该结构的实例中，再调用event_base_loop处理其中的事件
event	libevent中表达一个事件的结构，包含了文件描述符，回调函数等信息
struct selectop	select后端的结构，存储select函数需要的参数信息的结构，event_base中使用evbase指向这些信息
select.c	libevent中对于select后端的源码文件
struct event_io_map	event_base中io成员的类型，用来存储io类型的event结构的hash表
struct evmap_io	双向链表描述结构，用于io类型的event
activequeues	event_base结构中的成员，evcallback_list类型的动态数组，保存待执行的回调函数的链表。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  select后端的定义在select.c源码文件中

  event/event_callback结构定义在源码文件event_struct.h中

  event_base结构定义在源码文件event-internal.h中

  event_add/event_base_loop/event_add_nolock函数定义在event.c函数中

  evmap_io_add_函数与evmap_io/event_io_map结构定义在evmap.c文件中