怎么理解Redis中的epoll和文件事件

這篇文章主要講解了“怎么理解Redis中的epoll和文件事件”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“怎么理解Redis中的epoll和文件事件”吧！

事件驅動

Redis 服務器是事件驅動程序，分為文件事件和時間事件

• 文件事件：socket 的可讀可寫事件

• 定時任務

它們都被封裝到aeEventLoop結構體中

typedef struct aeEventLoop {
	int stop; // 標識事件是否結束
	aeFileEvent *events; // 文件事件數組，存儲已注冊的文件事件
	aeFireEvent *fired; // 存儲被觸發的文件事件
	aeTimeEvent *timteEventHead; // 多個時間事件形成的鏈表
	void *apidata; // I/O模型的封裝
	aeBeforeSleepProc *beforesleep; // 進程阻塞前執行
	aeBeforeSleepProc *aftersleep; // 進程被喚醒后執行
} aeEventLoop;

事件驅動程序實際上也是通過while/for循環，循環等待事件的發生

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

aeProcessEvents為事件處理主函數

epoll

Redis 客戶端通過 TCP socket 與服務端交互，文件事件指的就是 socket 的可讀可寫事件。一般使用非阻塞模式，相關的 I/O 多路復用有select/epoll/kqueue等，不同的操作系統不同的實現。

以epoll為例，它是 Linux 內核為處理大量并發網絡連接而提出解決方案。epoll提供3個 API

• epoll_create 創建一個 epoll 專用的文件描述符，用于后續 epoll 相關 API 調用

int epoll_create(int size)
// size 告知內核程序期望注冊的網絡連接數目，Linux 2.6.8后改為內核動態分配
// 返回參數是 epoll 專用的文件描述符

• epoll_ctl 函數向 epoll 注冊、修改或刪除需要監控的事件

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
// epfd 函數 epoll_create 返回的 epoll 文件描述符
// op 操作類型 EPOLL_CTL_ADD：注冊事件； EPOLL_CTL_MOD：修改網絡連接事件； EPOLL_CTL_DEL：刪除事件
// fd 網絡連接的 socket 文件描述符
// event 需要監控的事件

• epoll_wait 函數會會阻塞進程，直到監控的若干網絡連接有事件發生

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *event, int maxevents, int timeout)
// epfd 函數epoll_create返回的epoll文件描述符
// epoll_event 作為輸出參數使用，用于回傳已觸發的事件數組
// maxevents 每次能處理的最大事件數目
// timeout epoll_wait 函數阻塞超時時間，如果超過 timeout 時間還沒有事件發生，函數就不再阻塞直接返回；當 timeout 等于0是函數立即返回，timeout 等于-1時函數一直阻塞到有事件發生

文件事件

Reids 沒有直接使用 epoll 的 API，而是同時支持4種I/O多路復用模型，對這些模型的 API 進行了封裝。然后在編譯階段檢查操作系統支持的I/O多路復用模型，并按照策略來決定復用那張模型。

還是以 epoll 為例，Redis 進行了如下封裝

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

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

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

回憶一下上面提到的eventLoop結構體，其成員 apidata 指向4種I/O多路復用模型對象；events 存儲需要監控的事件數組，以 socket 文件描述符作為數組索引存取元素；fired 存儲已觸發的事件數組。

文件事件的結構體定義如下：

typedef struct aeFileEvent {
	int mask; // 文件事件類型 AE_READABLE 可讀事件；AE_WRITEABLE 可寫事件
	aeFileProc *rfileProc; // 讀事件處理函數指針
	aeFileProc *wfileProc; // 寫事件處理函數指針
	void *clientData; // 指向對應的客戶端對象
} aeFileEvent;

看一下創建文件事件 aeCreateFileEvent 的實現

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 服務器會通過創建各類文件事件來處理事務，比如：

• 啟動時創建 socket 并監聽，等待客戶端連接

aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE, acceptTcpHandler, NULL);

• 客戶端與服務器建立 socket 連接之后，服務器會等待客戶端的命令請求

aeCreateFileEvent(server.el, fd, AE_READABLLE, readQueryFromClient, c);

• 服務器處理完客戶端的命令請求之后，命令回復會暫時緩存在client結構體的buf緩沖區，待客戶端文件描述符的可寫事件發生時，才會真正往客戶端發送命令回復

aeCreateFileEvent(server.el, c->fd, AE_READABLLE, sendReplyToClient, c);

Redis 所有事件的執行都是通過aeProcessEvents函數來控制。在其中，執行文件事件會出現阻塞情況（epoll_wait），如果阻塞事件太長了，會妨礙到時間事件（定時）的執行，為避免出現這種情況，在實現文件事件時傳入的等待時間，是計算最早發生的時間事件得到的

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

	// 阻塞事件發生
	numevents = aeApiPoll(eventLoop, ms);

	for (j=0; j < numevents; j++) {
		aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[eventLoop->fired[j]].fd];
		// 處理文件事件，即根據類型執行rfileProc或wfileProc
	}

	// 處理時間事件
	processed += processTimeEvents(eventLoop);
}

總結

現在我們來整體看一下 Redis 服務器相應命令的流程

aeMain 函數通過調用 aeProcessEvents 函數來進行文件事件和時間事件的調度和執行。aeEventLoop 中記錄了事件相關的信息。首先通過 aeSearchNearestTimer 函數獲取最短的時間事件的執行時間間隔n，然后調用 aeApiPoll 函數獲取監聽到的套接字，最后執行與套接字向對應的事件處理函數 rfileProc 和 wfileProc，最后再執行時間事件函數 processTimeEvents。

一次完整的客戶端與服務端連接事件：

• 器監聽套件字的 AE_READABLE 事件，當客戶端發送連接請求產生 AE_READABLE  事件，服務端會對客戶端的連接請求進行應答，將客戶端套接字的 AE_READABLE 事件與命令請求處理函數（aeFileProc），客戶端可以向服務端發送命令請求了

• 端向服務端發送一個命令請求，客戶端套接字將產生 AE_READABLE 事件，引發命令處理器去執行，執行命令將產生相應的命令回復，服務端將客戶端套接字的 AE_WRITABLE 事件與命令回復處理函數（aeFileProc）關聯

• 端嘗試讀取命令回復時，客戶端套接字將產生 AE_WRITABLE 事件，觸發命令回復處理器執行，當命令回復處理器將命令回復全部寫入套接字之后，服務器就會接觸客戶端套接字的 AE_WRITABLE 事件與命令回復處理函數（aeFileProc）之間的關聯

感謝各位的閱讀，以上就是“怎么理解Redis中的epoll和文件事件”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對怎么理解Redis中的epoll和文件事件這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！