ভূমিকা

I/O চুল্লি (একক থ্রেড ঘটনা লুপ) উচ্চ-লোড সফ্টওয়্যার লেখার জন্য একটি প্যাটার্ন, যা অনেক জনপ্রিয় সমাধানে ব্যবহৃত হয়:

এই নিবন্ধে, আমরা একটি I/O চুল্লির ইনস এবং আউটগুলি দেখব এবং এটি কীভাবে কাজ করে, 200 লাইনের কম কোডে একটি বাস্তবায়ন লিখব এবং 40 মিলিয়ন অনুরোধ/মিনিটের বেশি একটি সাধারণ HTTP সার্ভার প্রক্রিয়া তৈরি করব৷

ভূমিকা

নিবন্ধটি I/O চুল্লির কার্যকারিতা বোঝার জন্য এবং তাই এটি ব্যবহার করার সময় ঝুঁকিগুলি বোঝার জন্য লেখা হয়েছিল।
নিবন্ধটি বুঝতে প্রাথমিক জ্ঞান প্রয়োজন। সি ভাষা এবং নেটওয়ার্ক অ্যাপ্লিকেশন বিকাশে কিছু অভিজ্ঞতা।
সমস্ত কোড কঠোরভাবে সি ভাষায় লেখা হয় (সতর্কতা: দীর্ঘ পিডিএফ) C11 স্ট্যান্ডার্ডে লিনাক্সের জন্য এবং উপলব্ধ GitHub.

কেন এই প্রয়োজনীয়?

ইন্টারনেটের ক্রমবর্ধমান জনপ্রিয়তার সাথে, ওয়েব সার্ভারগুলিকে একই সাথে প্রচুর সংখ্যক সংযোগ পরিচালনা করার প্রয়োজন হতে শুরু করে, এবং তাই দুটি পদ্ধতির চেষ্টা করা হয়েছিল: প্রচুর সংখ্যক OS থ্রেডে I/O ব্লক করা এবং I/O-এর সাথে একত্রে ব্লক করা নয় একটি ইভেন্ট বিজ্ঞপ্তি সিস্টেম, যাকে "সিস্টেম নির্বাচক"ও বলা হয় (ইপোল/kqueue/আইওসিপি/ইত্যাদি)।

প্রথম পদ্ধতিতে প্রতিটি আগত সংযোগের জন্য একটি নতুন OS থ্রেড তৈরি করা জড়িত। এর অসুবিধা হল দুর্বল মাপযোগ্যতা: অপারেটিং সিস্টেমকে অনেকগুলি বাস্তবায়ন করতে হবে প্রসঙ্গ রূপান্তর и সিস্টেম কল. এগুলি ব্যয়বহুল ক্রিয়াকলাপ এবং একটি চিত্তাকর্ষক সংখ্যক সংযোগ সহ বিনামূল্যে RAM এর অভাব হতে পারে৷

পরিবর্তিত সংস্করণ হাইলাইট থ্রেডের নির্দিষ্ট সংখ্যা (থ্রেড পুল), যার ফলে সিস্টেমটিকে এক্সিকিউশন বাতিল করা থেকে বাধা দেয়, কিন্তু একই সাথে একটি নতুন সমস্যা প্রবর্তন করে: যদি একটি থ্রেড পুল বর্তমানে দীর্ঘ পঠিত ক্রিয়াকলাপ দ্বারা অবরুদ্ধ থাকে, তবে অন্যান্য সকেটগুলি যা ইতিমধ্যে ডেটা গ্রহণ করতে সক্ষম হবে তা সক্ষম হবে না তাই করো.

দ্বিতীয় পদ্ধতি ব্যবহার করে ইভেন্ট বিজ্ঞপ্তি সিস্টেম (সিস্টেম নির্বাচক) OS দ্বারা প্রদত্ত। এই নিবন্ধটি I/O ক্রিয়াকলাপের জন্য প্রস্তুতি সম্পর্কে সতর্কতার (ইভেন্ট, বিজ্ঞপ্তি) উপর ভিত্তি করে, সবচেয়ে সাধারণ ধরণের সিস্টেম নির্বাচক নিয়ে আলোচনা করে। তাদের সমাপ্তি সম্পর্কে বিজ্ঞপ্তি. এর ব্যবহারের একটি সরলীকৃত উদাহরণ নিম্নলিখিত ব্লক ডায়াগ্রাম দ্বারা উপস্থাপন করা যেতে পারে:

এই পদ্ধতির মধ্যে পার্থক্য নিম্নরূপ:

I/O অপারেশন ব্লক করা স্থগিত করা ব্যবহারকারী প্রবাহ পর্যন্তOS সঠিকভাবে না হওয়া পর্যন্ত ডিফ্র্যাগমেন্টস ইনকামিং আইপি প্যাকেট বাইট স্ট্রিম করতে (বিভিন্ন TCP, ডেটা গ্রহণ করা) অথবা পরবর্তীতে পাঠানোর জন্য অভ্যন্তরীণ লেখার বাফারগুলিতে পর্যাপ্ত জায়গা পাওয়া যাবে না কিছুই (ডেটা পাঠানো)।
সিস্টেম নির্বাচক সময়ের সাথে সাথে প্রোগ্রামকে অবহিত করে যে OS ইতিমধ্যে ডিফ্র্যাগমেন্টেড আইপি প্যাকেট (টিসিপি, ডেটা রিসেপশন) বা অভ্যন্তরীণ লেখার বাফারগুলিতে যথেষ্ট জায়গা ইতিমধ্যে উপলব্ধ (ডেটা পাঠানো)।

সংক্ষেপে বলতে গেলে, প্রতিটি I/O-এর জন্য একটি OS থ্রেড সংরক্ষণ করা কম্পিউটিং শক্তির অপচয়, কারণ বাস্তবে, থ্রেডগুলি কার্যকর কাজ করছে না (অতএব শব্দটি "সফ্টওয়্যার বাধা") সিস্টেম নির্বাচক এই সমস্যাটি সমাধান করে, ব্যবহারকারী প্রোগ্রামটিকে সিপিইউ সংস্থানগুলিকে আরও অর্থনৈতিকভাবে ব্যবহার করার অনুমতি দেয়।

I/O চুল্লি মডেল

I/O চুল্লি সিস্টেম নির্বাচক এবং ব্যবহারকারী কোডের মধ্যে একটি স্তর হিসাবে কাজ করে। এর অপারেশনের নীতিটি নিম্নলিখিত ব্লক ডায়াগ্রাম দ্বারা বর্ণিত হয়েছে:

আমি আপনাকে মনে করিয়ে দিই যে একটি ইভেন্ট হল একটি বিজ্ঞপ্তি যে একটি নির্দিষ্ট সকেট একটি নন-ব্লকিং I/O অপারেশন করতে সক্ষম।
একটি ইভেন্ট হ্যান্ডলার হল একটি ফাংশন যাকে I/O চুল্লি দ্বারা ডাকা হয় যখন একটি ইভেন্ট প্রাপ্ত হয়, যা পরে একটি অ-ব্লকিং I/O অপারেশন সম্পাদন করে।

এটি লক্ষ করা গুরুত্বপূর্ণ যে I/O চুল্লিটি সংজ্ঞা অনুসারে একক-থ্রেডেড, তবে ধারণাটিকে 1 থ্রেড: 1 রিঅ্যাক্টরের অনুপাতে বহু-থ্রেডেড পরিবেশে ব্যবহার করা থেকে বিরত করার কিছু নেই, যার ফলে সমস্ত CPU কোর পুনর্ব্যবহার করা হয়।

বাস্তবায়ন

আমরা একটি ফাইলে পাবলিক ইন্টারফেস রাখব reactor.h, এবং বাস্তবায়ন - মধ্যে reactor.c. reactor.h নিম্নলিখিত ঘোষণাগুলি নিয়ে গঠিত হবে:

reactor.h এ ঘোষণা দেখান

typedef struct reactor Reactor;

/*
 * Указатель на функцию, которая будет вызываться I/O реактором при поступлении
 * события от системного селектора.
 */
typedef void (*Callback)(void *arg, int fd, uint32_t events);

/*
 * Возвращает `NULL` в случае ошибки, не-`NULL` указатель на `Reactor` в
 * противном случае.
 */
Reactor *reactor_new(void);

/*
 * Освобождает системный селектор, все зарегистрированные сокеты в данный момент
 * времени и сам I/O реактор.
 *
 * Следующие функции возвращают -1 в случае ошибки, 0 в случае успеха.
 */
int reactor_destroy(Reactor *reactor);

int reactor_register(const Reactor *reactor, int fd, uint32_t interest,
                     Callback callback, void *callback_arg);
int reactor_deregister(const Reactor *reactor, int fd);
int reactor_reregister(const Reactor *reactor, int fd, uint32_t interest,
                       Callback callback, void *callback_arg);

/*
 * Запускает цикл событий с тайм-аутом `timeout`.
 *
 * Эта функция передаст управление вызывающему коду если отведённое время вышло
 * или/и при отсутствии зарегистрированных сокетов.
 */
int reactor_run(const Reactor *reactor, time_t timeout);

I/O চুল্লি গঠন গঠিত ফাইল বর্ণনাকারী নির্বাচক ইপোল и হ্যাশ টেবিল GHashTable, যা প্রতিটি সকেটকে ম্যাপ করে CallbackData (একটি ইভেন্ট হ্যান্ডলারের কাঠামো এবং এটির জন্য একটি ব্যবহারকারীর যুক্তি)।

রিঅ্যাক্টর এবং কলব্যাকডেটা দেখান

struct reactor {
    int epoll_fd;
    GHashTable *table; // (int, CallbackData)
};

typedef struct {
    Callback callback;
    void *arg;
} CallbackData;

দয়া করে মনে রাখবেন যে আমরা পরিচালনা করার ক্ষমতা সক্ষম করেছি অসম্পূর্ণ প্রকার সূচক অনুযায়ী। ভিতরে reactor.h আমরা গঠন ঘোষণা reactorএবং মধ্যে reactor.c আমরা এটিকে সংজ্ঞায়িত করি, যার ফলে ব্যবহারকারীকে তার ক্ষেত্রগুলি স্পষ্টভাবে পরিবর্তন করতে বাধা দেয়। এই নিদর্শন এক তথ্য গোপন, যা সংক্ষিপ্তভাবে C শব্দার্থবিদ্যায় ফিট করে।

ক্রিয়াকলাপ reactor_register, reactor_deregister и reactor_reregister সিস্টেম নির্বাচক এবং হ্যাশ টেবিলে আগ্রহের সকেট এবং সংশ্লিষ্ট ইভেন্ট হ্যান্ডলারের তালিকা আপডেট করুন।

রেজিস্ট্রেশন ফাংশন দেখান

#define REACTOR_CTL(reactor, op, fd, interest)                                 
    if (epoll_ctl(reactor->epoll_fd, op, fd,                                   
                  &(struct epoll_event){.events = interest,                    
                                        .data = {.fd = fd}}) == -1) {          
        perror("epoll_ctl");                                                   
        return -1;                                                             
    }

int reactor_register(const Reactor *reactor, int fd, uint32_t interest,
                     Callback callback, void *callback_arg) {
    REACTOR_CTL(reactor, EPOLL_CTL_ADD, fd, interest)
    g_hash_table_insert(reactor->table, int_in_heap(fd),
                        callback_data_new(callback, callback_arg));
    return 0;
}

int reactor_deregister(const Reactor *reactor, int fd) {
    REACTOR_CTL(reactor, EPOLL_CTL_DEL, fd, 0)
    g_hash_table_remove(reactor->table, &fd);
    return 0;
}

int reactor_reregister(const Reactor *reactor, int fd, uint32_t interest,
                       Callback callback, void *callback_arg) {
    REACTOR_CTL(reactor, EPOLL_CTL_MOD, fd, interest)
    g_hash_table_insert(reactor->table, int_in_heap(fd),
                        callback_data_new(callback, callback_arg));
    return 0;
}

I/O চুল্লি বর্ণনাকারীর সাথে ইভেন্টটি আটকানোর পরে fd, এটি সংশ্লিষ্ট ইভেন্ট হ্যান্ডলারকে কল করে, যা এটি পাস করে fd, বিট মাস্ক উত্পন্ন ঘটনা এবং একটি ব্যবহারকারী পয়েন্টার void.

reactor_run() ফাংশন দেখান

int reactor_run(const Reactor *reactor, time_t timeout) {
    int result;
    struct epoll_event *events;
    if ((events = calloc(MAX_EVENTS, sizeof(*events))) == NULL)
        abort();

    time_t start = time(NULL);

    while (true) {
        time_t passed = time(NULL) - start;
        int nfds =
            epoll_wait(reactor->epoll_fd, events, MAX_EVENTS, timeout - passed);

        switch (nfds) {
        // Ошибка
        case -1:
            perror("epoll_wait");
            result = -1;
            goto cleanup;
        // Время вышло
        case 0:
            result = 0;
            goto cleanup;
        // Успешная операция
        default:
            // Вызвать обработчиков событий
            for (int i = 0; i < nfds; i++) {
                int fd = events[i].data.fd;

                CallbackData *callback =
                    g_hash_table_lookup(reactor->table, &fd);
                callback->callback(callback->arg, fd, events[i].events);
            }
        }
    }

cleanup:
    free(events);
    return result;
}

সংক্ষেপে, ব্যবহারকারী কোডে ফাংশন কলের চেইন নিম্নলিখিত ফর্মটি গ্রহণ করবে:

একক থ্রেডেড সার্ভার

উচ্চ লোডের অধীনে I/O চুল্লি পরীক্ষা করার জন্য, আমরা একটি সাধারণ HTTP ওয়েব সার্ভার লিখব যা একটি চিত্র সহ যেকোনো অনুরোধে সাড়া দেয়।

HTTP প্রোটোকলের একটি দ্রুত রেফারেন্স

HTTP- র - এই প্রোটোকল আবেদন স্তর, প্রাথমিকভাবে সার্ভার-ব্রাউজার ইন্টারঅ্যাকশনের জন্য ব্যবহৃত হয়।

HTTP সহজে ব্যবহার করা যেতে পারে পরিবহন প্রোটোকল বিভিন্ন TCP, একটি নির্দিষ্ট বিন্যাসে বার্তা পাঠানো এবং গ্রহণ করা স্পেসিফিকেশন.

বিন্যাস অনুরোধ

<КОМАНДА> <URI> <ВЕРСИЯ HTTP>CRLF
<ЗАГОЛОВОК 1>CRLF
<ЗАГОЛОВОК 2>CRLF
<ЗАГОЛОВОК N>CRLF CRLF
<ДАННЫЕ>

CRLF দুটি অক্ষরের একটি ক্রম: r и n, অনুরোধের প্রথম লাইন, শিরোনাম এবং ডেটা আলাদা করে।
<КОМАНДА> - অন্যতম CONNECT, DELETE, GET, HEAD, OPTIONS, PATCH, POST, PUT, TRACE. ব্রাউজার আমাদের সার্ভারে একটি কমান্ড পাঠাবে GET, মানে "আমাকে ফাইলের বিষয়বস্তু পাঠান।"
<URI> - ইউনিফর্ম রিসোর্স আইডেন্টিফায়ার. উদাহরণস্বরূপ, যদি URI = /index.html, তারপর ক্লায়েন্ট সাইটের মূল পৃষ্ঠার অনুরোধ করে।
<ВЕРСИЯ HTTP> — বিন্যাসে HTTP প্রোটোকলের সংস্করণ HTTP/X.Y. বর্তমানে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত সংস্করণ HTTP/1.1.
<ЗАГОЛОВОК N> বিন্যাসে একটি মূল-মান জোড়া <КЛЮЧ>: <ЗНАЧЕНИЕ>, আরও বিশ্লেষণের জন্য সার্ভারে পাঠানো হয়েছে।
<ДАННЫЕ> — সার্ভার দ্বারা অপারেশন সঞ্চালনের জন্য প্রয়োজনীয় ডেটা। প্রায়ই এটা সহজ তাদেরকে JSON বা অন্য কোন বিন্যাস।

প্রতিক্রিয়া বিন্যাস

<ВЕРСИЯ HTTP> <КОД СТАТУСА> <ОПИСАНИЕ СТАТУСА>CRLF
<ЗАГОЛОВОК 1>CRLF
<ЗАГОЛОВОК 2>CRLF
<ЗАГОЛОВОК N>CRLF CRLF
<ДАННЫЕ>

<КОД СТАТУСА> অপারেশনের ফলাফলের প্রতিনিধিত্বকারী একটি সংখ্যা। আমাদের সার্ভার সবসময় স্ট্যাটাস 200 ফেরত দেবে (সফল অপারেশন)।
<ОПИСАНИЕ СТАТУСА> — স্ট্যাটাস কোডের স্ট্রিং উপস্থাপনা। স্ট্যাটাস কোড 200 এর জন্য এটি OK.
<ЗАГОЛОВОК N> — অনুরোধের মতো একই বিন্যাসের শিরোনাম। আমরা শিরোনাম ফিরিয়ে দেব Content-Length (ফাইলের আকার) এবং Content-Type: text/html (রিটার্ন ডেটা টাইপ)।
<ДАННЫЕ> - ব্যবহারকারীর দ্বারা অনুরোধ করা ডেটা। আমাদের ক্ষেত্রে, এটি ইমেজের পথ এইচটিএমএল.

ফাইল http_server.c (একক থ্রেডেড সার্ভার) ফাইল অন্তর্ভুক্ত করে common.h, যা নিম্নলিখিত ফাংশন প্রোটোটাইপ ধারণ করে:

ফাংশন প্রোটোটাইপ দেখান common.h

/*
 * Обработчик событий, который вызовется после того, как сокет будет
 * готов принять новое соединение.
 */
static void on_accept(void *arg, int fd, uint32_t events);

/*
 * Обработчик событий, который вызовется после того, как сокет будет
 * готов отправить HTTP ответ.
 */
static void on_send(void *arg, int fd, uint32_t events);

/*
 * Обработчик событий, который вызовется после того, как сокет будет
 * готов принять часть HTTP запроса.
 */
static void on_recv(void *arg, int fd, uint32_t events);

/*
 * Переводит входящее соединение в неблокирующий режим.
 */
static void set_nonblocking(int fd);

/*
 * Печатает переданные аргументы в stderr и выходит из процесса с
 * кодом `EXIT_FAILURE`.
 */
static noreturn void fail(const char *format, ...);

/*
 * Возвращает файловый дескриптор сокета, способного принимать новые
 * TCP соединения.
 */
static int new_server(bool reuse_port);

কার্যকরী ম্যাক্রোও বর্ণনা করা হয়েছে SAFE_CALL() এবং ফাংশন সংজ্ঞায়িত করা হয় fail(). ম্যাক্রো এক্সপ্রেশনের মানকে ত্রুটির সাথে তুলনা করে এবং শর্তটি সত্য হলে ফাংশনটিকে কল করে fail():

#define SAFE_CALL(call, error)                                                 
    do {                                                                       
        if ((call) == error) {                                                   
            fail("%s", #call);                                                 
        }                                                                      
    } while (false)

ক্রিয়া fail() পাস করা আর্গুমেন্টগুলিকে টার্মিনালে প্রিন্ট করে (যেমন printf()) এবং কোড দিয়ে প্রোগ্রামটি বন্ধ করে দেয় EXIT_FAILURE:

static noreturn void fail(const char *format, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, format);
    vfprintf(stderr, format, args);
    va_end(args);
    fprintf(stderr, ": %sn", strerror(errno));
    exit(EXIT_FAILURE);
}

ক্রিয়া new_server() সিস্টেম কল দ্বারা তৈরি "সার্ভার" সকেটের ফাইল বর্ণনাকারী প্রদান করে socket(), bind() и listen() এবং একটি নন-ব্লকিং মোডে ইনকামিং সংযোগ গ্রহণ করতে সক্ষম।

new_server() ফাংশন দেখান

static int new_server(bool reuse_port) {
    int fd;
    SAFE_CALL((fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, IPPROTO_TCP)),
              -1);

    if (reuse_port) {
        SAFE_CALL(
            setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &(int){1}, sizeof(int)),
            -1);
    }

    struct sockaddr_in addr = {.sin_family = AF_INET,
                               .sin_port = htons(SERVER_PORT),
                               .sin_addr = {.s_addr = inet_addr(SERVER_IPV4)},
                               .sin_zero = {0}};

    SAFE_CALL(bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)), -1);
    SAFE_CALL(listen(fd, SERVER_BACKLOG), -1);
    return fd;
}

লক্ষ্য করুন যে সকেটটি প্রাথমিকভাবে পতাকা ব্যবহার করে নন-ব্লকিং মোডে তৈরি করা হয়েছে SOCK_NONBLOCKযাতে ফাংশনে on_accept() (আরও পড়ুন) সিস্টেম কল accept() থ্রেড এক্সিকিউশন বন্ধ করেনি।
যদি reuse_port সমান true, তারপর এই ফাংশন বিকল্পটি সহ সকেট কনফিগার করবে SO_REUSEPORT মাধ্যমে setsockopt()মাল্টি-থ্রেডেড পরিবেশে একই পোর্ট ব্যবহার করতে ("মাল্টি-থ্রেড সার্ভার" বিভাগ দেখুন)।

অনুষ্ঠান পরিচালনাকারী on_accept() OS একটি ইভেন্ট তৈরি করার পরে কল করা হয় EPOLLIN, এই ক্ষেত্রে মানে নতুন সংযোগ গ্রহণ করা যেতে পারে. on_accept() একটি নতুন সংযোগ গ্রহণ করে, এটিকে নন-ব্লকিং মোডে স্যুইচ করে এবং একটি ইভেন্ট হ্যান্ডলারের সাথে নিবন্ধন করে on_recv() একটি I/O চুল্লিতে।

on_accept() ফাংশন দেখান

static void on_accept(void *arg, int fd, uint32_t events) {
    int incoming_conn;
    SAFE_CALL((incoming_conn = accept(fd, NULL, NULL)), -1);
    set_nonblocking(incoming_conn);
    SAFE_CALL(reactor_register(reactor, incoming_conn, EPOLLIN, on_recv,
                               request_buffer_new()),
              -1);
}

অনুষ্ঠান পরিচালনাকারী on_recv() OS একটি ইভেন্ট তৈরি করার পরে কল করা হয় EPOLLIN, এই ক্ষেত্রে মানে যে সংযোগ নিবন্ধিত on_accept(), ডেটা গ্রহণের জন্য প্রস্তুত।

on_recv() HTTP অনুরোধ সম্পূর্ণরূপে প্রাপ্ত না হওয়া পর্যন্ত সংযোগ থেকে ডেটা পড়ে, তারপর এটি একটি হ্যান্ডলার নিবন্ধন করে on_send() একটি HTTP প্রতিক্রিয়া পাঠাতে। যদি ক্লায়েন্ট সংযোগটি ভেঙে দেয়, তাহলে সকেটটি নিবন্ধনমুক্ত করা হয় এবং ব্যবহার করে বন্ধ করা হয় close().

অন_recv() ফাংশন দেখান

static void on_recv(void *arg, int fd, uint32_t events) {
    RequestBuffer *buffer = arg;

    // Принимаем входные данные до тех пор, что recv возвратит 0 или ошибку
    ssize_t nread;
    while ((nread = recv(fd, buffer->data + buffer->size,
                         REQUEST_BUFFER_CAPACITY - buffer->size, 0)) > 0)
        buffer->size += nread;

    // Клиент оборвал соединение
    if (nread == 0) {
        SAFE_CALL(reactor_deregister(reactor, fd), -1);
        SAFE_CALL(close(fd), -1);
        request_buffer_destroy(buffer);
        return;
    }

    // read вернул ошибку, отличную от ошибки, при которой вызов заблокирует
    // поток
    if (errno != EAGAIN && errno != EWOULDBLOCK) {
        request_buffer_destroy(buffer);
        fail("read");
    }

    // Получен полный HTTP запрос от клиента. Теперь регистрируем обработчика
    // событий для отправки данных
    if (request_buffer_is_complete(buffer)) {
        request_buffer_clear(buffer);
        SAFE_CALL(reactor_reregister(reactor, fd, EPOLLOUT, on_send, buffer),
                  -1);
    }
}

অনুষ্ঠান পরিচালনাকারী on_send() OS একটি ইভেন্ট তৈরি করার পরে কল করা হয় EPOLLOUT, মানে যে সংযোগ নিবন্ধিত on_recv(), ডেটা পাঠানোর জন্য প্রস্তুত। এই ফাংশনটি ক্লায়েন্টকে একটি চিত্র সহ HTML সহ একটি HTTP প্রতিক্রিয়া পাঠায় এবং তারপরে ইভেন্ট হ্যান্ডলারকে আবার পরিবর্তন করে on_recv().

on_send() ফাংশন দেখান

static void on_send(void *arg, int fd, uint32_t events) {
    const char *content = "<img "
                          "src="https://habrastorage.org/webt/oh/wl/23/"
                          "ohwl23va3b-dioerobq_mbx4xaw.jpeg">";
    char response[1024];
    sprintf(response,
            "HTTP/1.1 200 OK" CRLF "Content-Length: %zd" CRLF "Content-Type: "
            "text/html" DOUBLE_CRLF "%s",
            strlen(content), content);

    SAFE_CALL(send(fd, response, strlen(response), 0), -1);
    SAFE_CALL(reactor_reregister(reactor, fd, EPOLLIN, on_recv, arg), -1);
}

এবং অবশেষে, ফাইলে http_server.c, কার্যরত main() আমরা ব্যবহার করে একটি I/O চুল্লি তৈরি করি reactor_new(), একটি সার্ভার সকেট তৈরি করুন এবং এটি নিবন্ধন করুন, ব্যবহার করে চুল্লি শুরু করুন reactor_run() ঠিক এক মিনিটের জন্য, এবং তারপরে আমরা সংস্থান প্রকাশ করি এবং প্রোগ্রাম থেকে প্রস্থান করি।

http_server.c দেখান

#include "reactor.h"

static Reactor *reactor;

#include "common.h"

int main(void) {
    SAFE_CALL((reactor = reactor_new()), NULL);
    SAFE_CALL(
        reactor_register(reactor, new_server(false), EPOLLIN, on_accept, NULL),
        -1);
    SAFE_CALL(reactor_run(reactor, SERVER_TIMEOUT_MILLIS), -1);
    SAFE_CALL(reactor_destroy(reactor), -1);
}

আসুন পরীক্ষা করে দেখি যে সবকিছু প্রত্যাশিত হিসাবে কাজ করছে। সংকলন (chmod a+x compile.sh && ./compile.sh প্রজেক্ট রুটে) এবং স্ব-লিখিত সার্ভার চালু করুন, খুলুন http://127.0.0.1:18470 ব্রাউজারে এবং দেখুন আমরা কি আশা করেছি:

কর্মক্ষমতা পরিমাপ

আমার গাড়ির স্পেসিফিকেশন দেখান

$ screenfetch
 MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMmds+.        OS: Mint 19.1 tessa
 MMm----::-://////////////oymNMd+`     Kernel: x86_64 Linux 4.15.0-20-generic
 MMd      /++                -sNMd:    Uptime: 2h 34m
 MMNso/`  dMM    `.::-. .-::.` .hMN:   Packages: 2217
 ddddMMh  dMM   :hNMNMNhNMNMNh: `NMm   Shell: bash 4.4.20
     NMm  dMM  .NMN/-+MMM+-/NMN` dMM   Resolution: 1920x1080
     NMm  dMM  -MMm  `MMM   dMM. dMM   DE: Cinnamon 4.0.10
     NMm  dMM  -MMm  `MMM   dMM. dMM   WM: Muffin
     NMm  dMM  .mmd  `mmm   yMM. dMM   WM Theme: Mint-Y-Dark (Mint-Y)
     NMm  dMM`  ..`   ...   ydm. dMM   GTK Theme: Mint-Y [GTK2/3]
     hMM- +MMd/-------...-:sdds  dMM   Icon Theme: Mint-Y
     -NMm- :hNMNNNmdddddddddy/`  dMM   Font: Noto Sans 9
      -dMNs-``-::::-------.``    dMM   CPU: Intel Core i7-6700 @ 8x 4GHz [52.0°C]
       `/dMNmy+/:-------------:/yMMM   GPU: NV136
          ./ydNMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM   RAM: 2544MiB / 7926MiB
             .MMMMMMMMMMMMMMMMMMM

আসুন একটি একক-থ্রেড সার্ভারের কর্মক্ষমতা পরিমাপ করা যাক। আসুন দুটি টার্মিনাল খুলি: একটিতে আমরা চালাব ./http_server, অন্যভাবে - রির্ক. এক মিনিট পরে, নিম্নলিখিত পরিসংখ্যান দ্বিতীয় টার্মিনালে প্রদর্শিত হবে:

$ wrk -c100 -d1m -t8 http://127.0.0.1:18470 -H "Host: 127.0.0.1:18470" -H "Accept-Language: en-US,en;q=0.5" -H "Connection: keep-alive"
Running 1m test @ http://127.0.0.1:18470
  8 threads and 100 connections
  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
    Latency   493.52us   76.70us  17.31ms   89.57%
    Req/Sec    24.37k     1.81k   29.34k    68.13%
  11657769 requests in 1.00m, 1.60GB read
Requests/sec: 193974.70
Transfer/sec:     27.19MB

আমাদের একক-থ্রেড সার্ভার প্রতি মিনিটে 11টি সংযোগ থেকে 100 মিলিয়নের বেশি অনুরোধ প্রক্রিয়া করতে সক্ষম হয়েছে। একটি খারাপ ফলাফল না, কিন্তু এটি উন্নত করা যেতে পারে?

মাল্টিথ্রেড সার্ভার

উপরে উল্লিখিত হিসাবে, I/O চুল্লি আলাদা থ্রেডে তৈরি করা যেতে পারে, যার ফলে সমস্ত CPU কোর ব্যবহার করা হয়। আসুন এই পদ্ধতির অনুশীলন করা যাক:

http_server_multithreaded.c দেখান

#include "reactor.h"

static Reactor *reactor;
#pragma omp threadprivate(reactor)

#include "common.h"

int main(void) {
#pragma omp parallel
    {
        SAFE_CALL((reactor = reactor_new()), NULL);
        SAFE_CALL(reactor_register(reactor, new_server(true), EPOLLIN,
                                   on_accept, NULL),
                  -1);
        SAFE_CALL(reactor_run(reactor, SERVER_TIMEOUT_MILLIS), -1);
        SAFE_CALL(reactor_destroy(reactor), -1);
    }
}

এখন প্রতিটি থ্রেড তার নিজের মালিক চুল্লি

static Reactor *reactor;
#pragma omp threadprivate(reactor)

অনুগ্রহ করে নোট করুন যে ফাংশন আর্গুমেন্ট new_server() কাজ true. এর মানে হল যে আমরা সার্ভার সকেটে বিকল্পটি বরাদ্দ করি SO_REUSEPORTএটি একটি বহু-থ্রেডেড পরিবেশে ব্যবহার করতে। আপনি আরো বিস্তারিত পড়তে পারেন এখানে.

দ্বিতীয় রান

এখন মাল্টি-থ্রেড সার্ভারের কর্মক্ষমতা পরিমাপ করা যাক:

$ wrk -c100 -d1m -t8 http://127.0.0.1:18470 -H "Host: 127.0.0.1:18470" -H "Accept-Language: en-US,en;q=0.5" -H "Connection: keep-alive"
Running 1m test @ http://127.0.0.1:18470
  8 threads and 100 connections
  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
    Latency     1.14ms    2.53ms  40.73ms   89.98%
    Req/Sec    79.98k    18.07k  154.64k    78.65%
  38208400 requests in 1.00m, 5.23GB read
Requests/sec: 635876.41
Transfer/sec:     89.14MB

1 মিনিটে প্রসেস করা অনুরোধের সংখ্যা ~3.28 গুণ বেড়েছে! কিন্তু আমরা রাউন্ড নম্বর থেকে মাত্র ~XNUMX মিলিয়ন কম ছিলাম, তাই আসুন এটি ঠিক করার চেষ্টা করি।

প্রথমে উত্পন্ন পরিসংখ্যান দেখি পারফ:

$ sudo perf stat -B -e task-clock,context-switches,cpu-migrations,page-faults,cycles,instructions,branches,branch-misses,cache-misses ./http_server_multithreaded

 Performance counter stats for './http_server_multithreaded':

     242446,314933      task-clock (msec)         #    4,000 CPUs utilized          
         1 813 074      context-switches          #    0,007 M/sec                  
             4 689      cpu-migrations            #    0,019 K/sec                  
               254      page-faults               #    0,001 K/sec                  
   895 324 830 170      cycles                    #    3,693 GHz                    
   621 378 066 808      instructions              #    0,69  insn per cycle         
   119 926 709 370      branches                  #  494,653 M/sec                  
     3 227 095 669      branch-misses             #    2,69% of all branches        
           808 664      cache-misses                                                

      60,604330670 seconds time elapsed

সিপিইউ অ্যাফিনিটি ব্যবহার করা, সঙ্গে সংকলন -march=native, পিজিও, হিট সংখ্যা বৃদ্ধি নগদ, বৃদ্ধি MAX_EVENTS আর ব্যবহার করুন EPOLLET কর্মক্ষমতা একটি উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি দেয়নি. কিন্তু একযোগে সংযোগের সংখ্যা বাড়ালে কী হবে?

352টি একযোগে সংযোগের পরিসংখ্যান:

$ wrk -c352 -d1m -t8 http://127.0.0.1:18470 -H "Host: 127.0.0.1:18470" -H "Accept-Language: en-US,en;q=0.5" -H "Connection: keep-alive"
Running 1m test @ http://127.0.0.1:18470
  8 threads and 352 connections
  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
    Latency     2.12ms    3.79ms  68.23ms   87.49%
    Req/Sec    83.78k    12.69k  169.81k    83.59%
  40006142 requests in 1.00m, 5.48GB read
Requests/sec: 665789.26
Transfer/sec:     93.34MB

পছন্দসই ফলাফল প্রাপ্ত হয়েছিল, এবং এর সাথে একটি আকর্ষণীয় গ্রাফ সংযোগের সংখ্যার উপর 1 মিনিটে প্রক্রিয়াকৃত অনুরোধের সংখ্যার নির্ভরতা দেখায়:

আমরা দেখতে পাচ্ছি যে কয়েকশো সংযোগের পরে, উভয় সার্ভারের জন্য প্রক্রিয়াকৃত অনুরোধের সংখ্যা দ্রুত হ্রাস পায় (মাল্টি-থ্রেডেড সংস্করণে এটি আরও লক্ষণীয়)। এটি কি লিনাক্স টিসিপি/আইপি স্ট্যাক বাস্তবায়নের সাথে সম্পর্কিত? মন্তব্যে বহু-থ্রেডেড এবং একক-থ্রেডেড বিকল্পগুলির জন্য গ্রাফের এই আচরণ এবং অপ্টিমাইজেশন সম্পর্কে আপনার অনুমানগুলি নির্দ্বিধায় লিখুন৷

কিভাবে উল্লেখ্য মন্তব্যে, এই কর্মক্ষমতা পরীক্ষা বাস্তব লোডের অধীনে I/O চুল্লির আচরণ দেখায় না, কারণ প্রায় সবসময় সার্ভার ডাটাবেসের সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট করে, লগ আউটপুট করে, ক্রিপ্টোগ্রাফি ব্যবহার করে TLS এর ইত্যাদি, যার ফলস্বরূপ লোড অ-ইনিফর্ম (গতিশীল) হয়ে যায়। I/O প্রোঅক্টর সম্পর্কে নিবন্ধে তৃতীয় পক্ষের উপাদানগুলির সাথে একসাথে পরীক্ষা করা হবে।

I/O চুল্লির অসুবিধা

আপনাকে বুঝতে হবে যে I/O চুল্লিটি তার ত্রুটিগুলি ছাড়া নয়, যথা:

মাল্টি-থ্রেডেড পরিবেশে একটি I/O চুল্লি ব্যবহার করা কিছুটা বেশি কঠিন, কারণ আপনাকে ম্যানুয়ালি প্রবাহ পরিচালনা করতে হবে।
অনুশীলন দেখায় যে বেশিরভাগ ক্ষেত্রে লোড অ-ইনিফর্ম, যার ফলে একটি থ্রেড লগিং হতে পারে যখন অন্যটি কাজে ব্যস্ত থাকে।
যদি একটি ইভেন্ট হ্যান্ডলার একটি থ্রেড ব্লক করে, তবে সিস্টেম নির্বাচক নিজেই ব্লক করবে, যা খুঁজে পাওয়া কঠিন বাগগুলির দিকে পরিচালিত করতে পারে।

এসব সমস্যার সমাধান করে আই/ও প্রক্টর, যার প্রায়ই একটি শিডিউলার থাকে যা থ্রেডের পুলে সমানভাবে লোড বিতরণ করে এবং আরও সুবিধাজনক API রয়েছে। আমরা এটি সম্পর্কে পরে কথা বলব, আমার অন্য নিবন্ধে।

উপসংহার

এখানেই তত্ত্ব থেকে সরাসরি প্রোফাইলার এক্সাস্টে আমাদের যাত্রা শেষ হয়েছে।

আপনার এটিতে থাকা উচিত নয়, কারণ বিভিন্ন স্তরের সুবিধা এবং গতি সহ নেটওয়ার্ক সফ্টওয়্যার লেখার জন্য আরও অনেকগুলি সমান আকর্ষণীয় পন্থা রয়েছে। আকর্ষণীয়, আমার মতে, লিঙ্ক নীচে দেওয়া হয়.

Встреч новых встреч!

আকর্ষণীয় প্রকল্প

বি
জং

আর কি পড়তে হবে?

উত্স: www.habr.com

সম্পূর্ণ বৈশিষ্ট্যযুক্ত বেয়ার-সি I/O চুল্লি

ভূমিকা

ভূমিকা

কেন এই প্রয়োজনীয়?

I/O চুল্লি মডেল

বাস্তবায়ন

একক থ্রেডেড সার্ভার

বিন্যাস অনুরোধ

প্রতিক্রিয়া বিন্যাস

কর্মক্ষমতা পরিমাপ

মাল্টিথ্রেড সার্ভার

দ্বিতীয় রান

I/O চুল্লির অসুবিধা

উপসংহার

আকর্ষণীয় প্রকল্প

আর কি পড়তে হবে?

একটি মন্তব্য জুড়ুন উত্তর বাতিল