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TinyWebserver的复现与改进(4):主线程的具体实现

GitHub - yzfzzz/MyWebServer: Linux高并发服务器项目,参考了TinyWebServer,将在此基础上进行性能改进与功能增加。为方便读者学习,附带详细注释和博客!

TinyWebserver的复现与改进(1):服务器环境的搭建与测试-CSDN博客

TinyWebserver的复现与改进(2):项目的整体框架-CSDN博客

TinyWebserver的复现与改进(3):线程同步机制类封装及线程池实现-CSDN博客

Reactor模式

今天我们将采用主从Reactor多线程模式,这是是大多数高性能服务器采用的模式

主从Reactor多线程模式要求主线程(I/O处理单元)只需负责:

  1. 监听文件描述符上是否有事件发生,
  2. 有的话就立即将该事件通知工作线程(逻辑单元),
  3. 将 socket 可读可写事件放入请求队列,交给工作线程处理。

除此之外,主线程不做任何其他实质性的工作。读写数据,接受新的连接,以及处理客户请求均在工作线程中完成。

Reactor模式的工作流程

使用同步 I/O(以 epoll_wait 为例)实现的 Reactor 模式的工作流程是:

  1. 主线程往 epoll 内核事件表中注册 socket 上的读就绪事件。 (即把listenfd、和已连接的客户端socketfd加入到epoll模型中)
  2. 主线程调用 epoll_wait 等待 socket 上有数据可读。
  3. 当 socket 上有数据可读时, epoll_wait 通知主线程。主线程则将 socket 可读事件放入请求队列。
  4. 正在堵塞的某个工作线程被解除堵塞,它从 socket 读取数据,并处理客户请求,然后往 epoll 内核事件表中注册该 socket 上的写就绪事件。
  5. 当主线程调用 epoll_wait 等待 socket 可写。
  6. 当 socket 可写时,epoll_wait 通知主线程。主线程将 socket 可写事件放入请求队列。
  7. 堵塞的某个工作线程被解除堵塞,它往 socket 上写入服务器处理客户请求的结果。

image-20240812174758935

代码实现

main函数流程图如图所示:

image-20240812181143205

初始化

创建线程池
// 定义一个线程池指针
threadpool<http_conn>* pool =NULL;try{// 开辟一个线程池
    pool =new threadpool<http_conn>;}catch(...){// 若异常则退出return1;}

使用new创建一个http_conn类型的线程池,返回的指针由pool接收。由于使用了

try……catch(...)

语句,因此如果遇到异常则退出

创建客户端集合
// 开辟一块连续的http_conn数组,保存所有正在连接的客户端信息
http_conn* users =new http_conn[MAX_FD];

创建一个大小为 MAX_FD 的 http_conn 数组,当接收一个新 socket_fd 时,将会在 索引 i = socket的数组处(即 users[socket_fd]),初始化一个 http_conn 对象。这个对象保存着该客户端的所有信息。

创建监听
// 设置监听int listenfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);int ret =0;structsockaddr_in address;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 表示本机的所有IP都可以连接客户端
address.sin_family = AF_INET;// 使用ipv4
address.sin_port =htons(port);// 设置端口复用int reuse =1;setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,&reuse,sizeof(reuse));// 绑定
ret =bind(listenfd,(structsockaddr*)&address,sizeof(address));if(ret ==-1){perror("bind");exit(-1);}// 开始监听
ret =listen(listenfd,5);if(ret ==-1){perror("listen");exit(-1);}
  1. socket 创建一个套接字,AF_INET表示使用 ipv4,SOCK_STREAM表示使用流式协议,和后面的0搭配表示使用的是TCP协议
  2. 但此时的socket,没有主机的端口号和ip信息,我们需要使用结构体address存储主机的相关信息:如IP(address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY)、ipv4(address.sin_family = AF_INET)、端口(address.sin_port = htons(port)),其中 htons() 表示 主机字节序 => 网络字节序 ,因为不同的机器在内存中的存放字节的顺序不同,我们需要统一标准
  3. 假设用户先运行./server.out,关闭后再快速运行./server.out,会报错:该端口被占用。这是因为结束./server,服务端处于FIN_WAIT状态,可以认为TCP通讯的TIME_WAIT时期需要等一小段时间。为了解决这个问题,常用setsockopt()表示开启端口复用功能。
  4. bind 将fd 和本地的IP和端口进行绑定,然后开始监听
epoll初始化
// 将listend添加到epoll模型中
epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];int epollfd =epoll_create(5);addfd(epollfd, listenfd,false);
http_conn::m_epollfd = epollfd;

1.epoll_event用于检测文件描述符发生了什么事情(如读事件、写事件等)

  1. addfd
    
    表示将listenfd加入epollfd中,这是一个自定义函数

epoll轮询

int number =epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER,-1);

如果没有数据发送给服务器,将一直堵塞再此处

事件处理

有新客户端连接
// 有新的客户端连接if(sockfd == listenfd){structsockaddr_in client_address;
     socklen_t client_addresslen =sizeof(client_address);int connfd =accept(listenfd,(structsockaddr*)&client_address,&client_addresslen);if(connfd <0){printf("errno is %d\n", errno);continue;}if(http_conn::m_user_count >= MAX_FD){close(connfd);continue;}
    users[connfd].init(connfd, client_address);}
可读
// 有读事件发生(可读)elseif(events[i].events & EPOLLIN){// 有读事件发生if(users[sockfd].read()){// 读的到数据
        pool->append(users+sockfd);}else{// 读不到数据
        users[sockfd].close_conn();}}
可写
// 有写事件发生(可写)elseif(events[i].events & EPOLLOUT){if(!users[sockfd].write()){
        users[sockfd].close_conn();}}

结束

close(epollfd);close(listenfd);delete[] users;delete pool;return0;

关闭所有的fd

完整代码

#include<arpa/inet.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<fcntl.h>#include<stdlib.h>#include<sys/epoll.h>#include"threadpool.hpp"#include"locker.h"#include"http_conn.h"#include<signal.h>#include<assert.h>#defineMAX_FD65536// 最大的文件描述符#defineMAX_EVENT_NUMBER10000// 监听的最大事件数/* 
    函数指针的声明: 类型说明符 (*函数名) (参数)
    void(handler)(int) 声明了一个名为 handler 的函数指针,它指向一个接受一个 int 参数并返回 void 的函数
*/voidaddsig(int sig,void(handler)(int)){// sigaction的输入参数structsigaction sa;// 指定sa内存区域的前n个字节都设置为某个特定的值('\0'),用于对新分配的内存进行初始化memset(&sa,'\0',sizeof(sa));// 写入函数指针,指向的函数就是信号捕捉到之后的处理函数
    sa.sa_handler = handler;// 设置临时阻塞信号集sigfillset(&sa.sa_mask);assert(sigaction(sig,&sa,NULL)!=-1);}intmain(int argc,char* argv[]){if(argc <=1){// 要求输入格式为 ./a.out 10000  其中10000是端口号 printf("usage: %s port_number\n",basename(argv[0]));return1;}// 端口号 string -> intint port =atoi(argv[1]);// 如果向一个没有读端的管道写数据,不用终止进程addsig(SIGPIPE, SIG_IGN);// SIG_IGN: 忽略信号,这里指的是忽略信号 ·  SIGPIPE// 定义一个线程池指针
    threadpool<http_conn>* pool =NULL;try{// 开辟一个线程池
        pool =new threadpool<http_conn>;}catch(...){// 若异常则退出return1;}// 开辟一块连续的http_conn数组,保存所有正在连接的客户端信息
    http_conn* users =new http_conn[MAX_FD];// 设置监听int listenfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);int ret =0;structsockaddr_in address;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_port =htons(port);// 设置端口复用int reuse =1;setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,&reuse,sizeof(reuse));// 绑定
    ret =bind(listenfd,(structsockaddr*)&address,sizeof(address));if(ret ==-1){perror("bind");exit(-1);}// 开始监听
    ret =listen(listenfd,5);if(ret ==-1){perror("listen");exit(-1);}// 将listend添加到epoll模型中
    epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];int epollfd =epoll_create(5);addfd(epollfd, listenfd,false);
    http_conn::m_epollfd = epollfd;while(1){// epoll轮询,等待有数据发送int number =epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER,-1);if((number <0)&&(errno != EINTR)){printf("epoll failture\n");break;}for(int i =0; i < number; i++){int sockfd = events[i].data.fd;// 有新的客户端连接if(sockfd == listenfd){structsockaddr_in client_address;
                socklen_t client_addresslen =sizeof(client_address);int connfd =accept(listenfd,(structsockaddr*)&client_address,&client_addresslen);if(connfd <0){printf("errno is %d\n", errno);continue;}if(http_conn::m_user_count >= MAX_FD){close(connfd);continue;}
                users[connfd].init(connfd, client_address);}// 若对方异常端开或错误elseif(events[i].events &(EPOLLRDHUP | EPOLLHUP | EPOLLERR)){
                users[sockfd].close_conn();}// 有读事件发生(可读)elseif(events[i].events & EPOLLIN){// 有读事件发生if(users[sockfd].read()){// 读的到数据
                    pool->append(users+sockfd);}else{// 读不到数据
                    users[sockfd].close_conn();}}// 有写事件发生(可写)elseif(events[i].events & EPOLLOUT){if(!users[sockfd].write()){
                    users[sockfd].close_conn();}}}}close(epollfd);close(listenfd);delete[] users;delete pool;return0;}
标签: c++ 数据结构 http

本文转载自: https://blog.csdn.net/henghuizan2771/article/details/141141660
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