Linux环境下的事件驱动力量：探索Libevent的高性能I/O架构
hello ！各人好呀！ 接待各人来到我的Linux高性能服务器编程系列之《Linux环境下的事件驱动力量：探索Libevent的高性能I/O架构》，在这篇文章中，你将会学习到Libevent的高性能I/O原理以及应用，并且我会给出源码进行分析，以及手绘UML图来帮助各人来明白，希望能让各人更能相识网络编程技能！！！希望这篇文章能对你有所帮助https://img-blog.csdnimg.cn/direct/9fe07955741149f3aabeb4f503cab15a.png，各人要是觉得我写的不错的话，那就点点免费的小爱心吧！https://img-blog.csdnimg.cn/direct/1a2b6b564fe64bee9090c1ca15a449e3.png（注：这章对于高性能服务器的架构非常告急哟！！！）
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目录
一.Libevent简介
二 .Libevent工作流程
三 . 一个简朴实例展示流程
四 . Libevent源代码组织布局
一.Libevent简介
I/O 框架库以库函数的形式，封装了较为底层的系统调用，给应用步伐提供了一组更便于使用的接口。这些库函数通常比步伐员本身实现的同样功能的函数更公道、更高效，且更健壮。因为它们经受住了真实网络环境下的高压测试，以实时间的检验。
各种I/O框架库的实现原理根本相似，要么以Reactor模式实现， 要么以 Proactor模式实现，要么同时以这两种模式实现。举例来说，基于Reactor模式的I/O框架库包罗如下几个组件: 句柄(Handle)、事件多路分发器(EventDemultiplexer)、事件处置处罚器(EventHandler)和具体的事件处置处罚器(ConcreteEventHandler)。
1.句柄 ：I/O框架库要处置处罚的对象，即I/O 事件、信号和定时事件，统一称为事件源。一个事件源通常和一个句柄绑定在一起。句柄的作用是，当内核检测到就绪事件时，它将通过句柄来通知应用步伐这一事件。在Linux环境下，I/O 事件对应的句柄是文件描述符，信号事件对应的句柄就是信号值。
2.事件多路分发器 ：事件的到来是随机的、异步的。我们无法预知步伐何时收到一个客户连接请求，又亦或收到一个停息信号。所以步伐须要循环地等待并处置处罚事件，这就是事件循环。在事件循环中，等待事件一样平常使用I/O 复用技能来实现。I/O 框架库一样平常将系统支持的各种I/O 复用系统调用封装成统一的接口，称为事件多路分发器。事件多路分发器的demultiplex 方法是等待事件的核心函数,其内部调用的是 select、poll、epoll _ wait等函数。
3.事件处置处罚器和具体事件处置处罚器 ： 事件处置处罚器执行事件对应的业务逻辑。它通常包罗一个或多个hand le event回调函数，这些回调函数在事件循环中被执行。I/O框架库提供的事件处置处罚器通常是一个接口，用户须要继承它来实现本身的事件处置处罚器，即具体事件处置处罚器。因此，事件处置处罚器中的回调函数一样平常被声明为虚函数，以支持用户的扩展。别的，事件处置处罚器一样平常还提供一个get handle方法，它返回与该事件处置处罚器关联的句柄。那么，事件处置处罚器和句柄有什么关系?当事件多路分发器检测到有事件发生时，它是通过句柄来通知应用步伐的。因此，我们必须将事件处置处罚器和句柄绑定，才气在事件发生时获取到正确的事件处置处罚器。
4. Reactor是I/O 框架库的核心。它提供的几个告急方法是：handle _ events。该方法执行事件循环。它重复如下过程：等待事件，然后依次处置处罚全部就绪事件对应的事件处置处罚器。 register _ handler。该方法调用事件多路分发器的register _ event方法来往事件多路分发器中注册一个事件。remove _ handler。该方法调用事件多路分发器的remove _ event方法来删除事件多路分发器中的一个事件。
对应的框架组件图如下：
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/6bd13c4867014e619147c467861f2b0d.jpeg
二 .Libevent工作流程
Libevent 的工作流程可以概括为以下几个步调：
[*] 初始化：
[*]调用 event_base_new()（或旧版本的 event_init()）来创建和初始化一个 event_base 实例，这是 Libevent 的核心布局，它代表了一个事件循环。
[*] 创建事件：
[*]使用 event_new() 或 event_assign() 创建一个 event 实例，并设置其文件描述符、事件范例（如 EV_READ、EV_WRITE）、事件回调函数以及用户数据。
[*] 添加事件：
[*]调用 event_add() 将事件添加到 event_base 中，可以指定一个超时时间，如许事件会在指定的时间后被触发。
[*] 事件循环：
[*]调用 event_base_dispatch() 开始事件循环。这个函数会阻塞，直到至少有一个事件预备好。
[*]在内部，Libevent 会根据操纵系统的支持选择符合的事件多路复用机制（如 epoll、select、kqueue）来等待事件。
[*] 事件处置处罚：
[*]当事件预备好时，Libevent 会调用与之关联的回调函数。
[*]回调函数执行完毕后，Libevent 会继续监听其他事件。
[*] 修改或删除事件：
[*]可以通过 event_del() 从 event_base 中删除事件，或者通过 event_add() 修改事件的超时时间或重新添加事件。
[*] 清算：
[*]当不再须要事件循环时，可以调用 event_base_free() 来开释 event_base 实例，这将清算全部关联的资源。
在整个工作流程中，Libevent 提供了高效的事件管理机制，使得开发者可以专注于事件的处置处罚，而无需关心底层的IO多路复用细节。别的，Libevent 还提供了缓冲事件（bufferevent）等高级接口，进一步简化了非阻塞IO的处置处罚。
对应工作流程图：
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/6337e5891cd44151b5d765c0fdb50338.jpeg
三 . 一个简朴实例展示流程
void signal _ cb( int fd, short event, void* argc )
{
struct event _ base* base = ( event _ base* ) argc;
struct timeval delay = { 2, 0 };
printf("Caught an interrupt signal; exiting cleanly in two seconds...\n" );
event _ base _ looperit( base, &delay );
}
void timeout cb( int fd, short event, void* argc )
{
printf( "timeout\n" );
}
int main()
{
struct event _ base* base = event init();
struct event* signal event= evsignal _ new( base, SIGINT, signal _ cb, base );
event _ add( signal _ event, NULL );timeval tv = { 1, 0 };
struct event* timeout _ event = ovtimer new( base, timeout _ cb, NULL );
event _ add( timeout _ event, &tv);event _ base _ dispatch( base );
event _ free( timeout _ event );event _ free( signal _ event );
event _ base _ free( base );
}
代码清单12-1虽然简朴，但却根本上描述了Libevent库的告急逻辑：
1) 调用event _ init函数创建event _ base 对象。一个event _ base相称于一个Reactor实例。
2)创建具体的事件处置处罚器, 并设置它们所从属的Reactor实例。evsignal _ new和evtimer _ new 分别用于创建信号事件处置处罚器和定时事件处置处罚器,它们是定义在include/event2/event. h文件中的宏:
#define evsignal _ new(b, x, cb, arg)event _ new((b), (x), EV_SIGNAL|EV_PERSIST, (2b) (arg))#define evtimer _ new(b, cb, arg) event _ new((b), -1, 0, (cb), (arg))可见，它们的统一入口是event _new函数，即用于创建通用事件处置处罚器(EventHandler) 的函数。其定义
是:
struct event* event _ new(struct event _ base* base, evutil _ socket _t fd; short events,void (*cb)(evutil _ socket _t, short, void* ), void* arg)此中， base参数指定新创建的事件处置处罚器从属的Reactor。fd参数指定与该事件处置处罚器关联的句柄，创建I/O事件处置处罚器时，应该给fd参数传递文件描述符值；创建信号事件处置处罚器时，应该给fd参数传递信号值，好比代码清单中的 SIGINT；创建定时事件处置处罚器时，则应该传入fd参数-1 ， events参数指定事件范例，其可选值如下：
#define EV_TIMEOUT 0x01 /*定时事件 */
#define EV_READ 0x02 /*可读事件 */
#define EV_WRITE 0x04 /*可写事件 */
#define EV_SIGNAL 0x08 /*信号事件 */
#define EV_PERSIST 0×10 /*永久事件 */
/*边沿触发事件,需要I/O复用系统调用支持,比如 epoll */
#define EV_ET 0x20
四 . Libevent源代码组织布局
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Libevent的源代码组织布局可以按照其提供的功能和特性进行分类。以下是根据源代码目录和功能进行的分类总结：
[*] 核心事件循环：
[*]event.c：实现事件循环的核心逻辑。
[*]evmap.c：管理事件和文件描述符之间的映射。
[*]minheap.c：提供最小堆数据布局，用于定时器管理。
[*] IO多路复用机制：
[*]epoll.c：Linux上的epoll支持。
[*]select.c：传统的select支持。
[*]poll.c：poll支持。
[*]kqueue.c：BSD系统上的kqueue支持。
[*]devpoll.c：Solaris上的/dev/poll支持。
[*]evport.c：Solaris事件端口支持。
[*]iocp.c：Windows上的IOCP支持。
[*] 网络通信：
[*]http.c：HTTP服务器和客户端的实现。
[*]http_server.c：HTTP服务器的实现。
[*]http_header.c：HTTP头的分析。
[*]http_parser.c：HTTP请求/相应的分析。
[*]evdns.c：DNS分析器。
[*] 缓冲区和数据管理：
[*]buffer.c：基础缓冲区管理。
[*]evbuffer.c：扩展的缓冲区管理。
[*]bufferevent.c：缓冲事件，用于非阻塞IO。
[*]bufferevent_async.c：缓冲事件异步支持。
[*]bufferevent_filter.c：缓冲事件过滤器。
[*]bufferevent_pair.c：缓冲事件对。
[*]bufferevent_ratelim.c：缓冲事件速率限定。
[*] 线程和锁：
[*]evthread.c：线程支持。
[*]event_tagging.c：事件标签支持，用于无锁编程。
[*] 信号处置处罚：
[*]evsignal.c：信号处置处罚。
[*]signal.c：信号处置处罚。
[*] 实用工具和辅助功能：
[*]evutil.c：实用工具函数。
[*]arc4random.c：随机数天生器。
[*]strlcpy.c：字符串操纵。
[*]sys_socket.c：系统socket支持。
[*]sys_event.c：系统事件支持。
[*] 定时器：
[*]timer.c：定时器实现。
[*]wristwatch.c：高精度定时器支持。
[*] 其他：
[*]evrpc.c：RPC客户端/服务器实现。
[*]htmlevents.c：HTML分析器。
这个分类总结展示了Libevent的模块化设计，每个模块负责一个特定的功能，使得Libevent易于扩展和维护。开发者可以根据须要选择和使用不同的模块来构建网络应用步伐。
对于I/O库，我们还须要进行优化：
Libevent 是一个高性能的事件通知库，但它也提供了多种选项和战略来帮助开发者进行性能调优。以下是一些可以用来优化 Libevent 性能的战略：
[*] 使用符合的 IO 多路复用机制：
[*]在 Linux 上，假如可能的话，使用 epoll 而不是 select 或 poll。epoll 通常提供更高的性能，尤其是在处置处罚大量文件描述符时。
[*]在支持 kqueue 的系统上（如 macOS 和 FreeBSD），使用 kqueue 可以提供更好的性能。
[*] 使用边缘触发 (ET) 模式：
[*]默认情况下，Libevent 使用水平触发 (LT) 模式。假如你熟悉 ET 模式的工作方式，可以切换到 ET 模式，这可能会提供更高的性能，但须要更仔细地处置处罚事件。
[*] 优化事件处置处罚函数：
[*]确保 IO 事件的处置处罚函数尽可能高效。制止在事件处置处罚函数中进行阻塞操纵或执行耗时较长的任务。
[*]假如须要在事件处置处罚函数中执行耗时操纵，思量使用线程池或异步操纵。
[*] 淘汰锁的使用：
[*]在多线程环境中，淘汰对共享资源的锁定时间可以提高性能。只在须要时使用锁，并只管淘汰锁的粒度。
[*] 使用缓冲事件 (bufferevent)：
[*]使用 bufferevent 可以简化非阻塞 IO 的处置处罚，因为它会主动处置处罚数据的读取和写入，以及相关的 IO 事件。
[*]bufferevent 可以淘汰对事件循环的干扰，因为它会在内部缓冲数据，直到有充足的数据可以处置处罚或发送。
[*] 优化定时器使用：
[*]假如你的应用步伐使用了大量的定时器，确保它们被高效地管理和使用。制止不须要的定时器添加和删除操纵。
[*] 调解事件通知库的配置参数：
[*]Libevent 允许你调解内部参数，如事件队列大小、超时时间等。根据应用步伐的需求调解这些参数可能会提高性能。
[*] 使用最新版本的 Libevent：
[*]保持 Libevent 库的更新可以确保你获得最新的性能改进和 bug 修复。
[*] 监控和性能分析：
[*]使用性能分析工具来监控你的应用步伐，找出瓶颈地点。这可以帮助你确定哪些部分最须要优化。
[*] 制止不须要的内存分配：
[*]淘汰 malloc 和 free 的调用次数，只管重用内存。Libevent 提供了内存池功能，可以用来淘汰内存分配的开销。
通过这些战略，你可以优化使用 Libevent 的应用步伐的性能。然而，性能调优通常须要根据具体的应用步伐和运行环境来进行，因此最好结合具体情况进行调解。
末了，我给出GitHub中的源码仓库链接：https://github.com/libevent/libevent，各人须要看源码的可以本身下载学习哟！！！
好啦！到这里这篇文章就结束啦，关于实例代码中我写了许多注释，假如各人另有不懂得，可以批评区或者私信我都可以哦https://img-blog.csdnimg.cn/direct/4d7d9707063b4d9c90ac2bca034b5705.png！！ 感谢各人的阅读，我还会持续创造网络编程相关内容的，记得点点小爱心和关注哟！https://img-blog.csdnimg.cn/direct/2cd0d6ee4ef84605933ed7c04d71cfef.jpeg
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