પરિચય

I/O રિએક્ટર (સિંગલ થ્રેડેડ ઇવેન્ટ લૂપ) એ હાઇ-લોડ સોફ્ટવેર લખવા માટેની પેટર્ન છે, જેનો ઉપયોગ ઘણા લોકપ્રિય ઉકેલોમાં થાય છે:

• Node.js
• ટોર
• ટ્રાન્સમિશન
• ક્રોમિયમ
• યાદ રાખેલ
• ...

આ લેખમાં, અમે I/O રિએક્ટરના ઇન્સ અને આઉટ્સ જોઈશું અને તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે, કોડની 200 થી ઓછી લાઇનમાં અમલીકરણ લખીશું અને 40 મિલિયન વિનંતીઓ/મિનિટથી વધુ એક સરળ HTTP સર્વર પ્રક્રિયા કરીશું.

ફોરવર્ડ

• લેખ I/O રિએક્ટરની કામગીરીને સમજવામાં મદદ કરવા અને તેથી તેનો ઉપયોગ કરતી વખતે જોખમોને સમજવા માટે લખવામાં આવ્યો હતો.
• લેખને સમજવા માટે મૂળભૂત બાબતોનું જ્ઞાન જરૂરી છે. સી ભાષા અને નેટવર્ક એપ્લિકેશન ડેવલપમેન્ટમાં થોડો અનુભવ.
• (સાવધાન: લાંબી PDF) C11 ધોરણ સુધી Linux માટે અને તેના પર ઉપલબ્ધ છે GitHub.

તમારે તેની કેમ જરૂર છે?

ઈન્ટરનેટની વધતી જતી લોકપ્રિયતા સાથે, વેબ સર્વર્સને એકસાથે મોટી સંખ્યામાં કનેક્શન્સ હેન્ડલ કરવાની જરૂર પડી, અને તેથી બે અભિગમો અજમાવવામાં આવ્યા: મોટી સંખ્યામાં OS થ્રેડો પર I/O ને અવરોધિત કરવું અને I/O ને અવરોધિત ન કરવું ઇવેન્ટ સૂચના સિસ્ટમ, જેને "સિસ્ટમ સિલેક્ટર" પણ કહેવાય છે (ઇપોલ/kqueue/IOCP/ વગેરે).

પ્રથમ અભિગમમાં દરેક ઇનકમિંગ કનેક્શન માટે નવો OS થ્રેડ બનાવવાનો સમાવેશ થાય છે. તેનો ગેરલાભ નબળી માપનીયતા છે: ઓપરેટિંગ સિસ્ટમને ઘણા અમલમાં મૂકવા પડશે સંદર્ભ સંક્રમણો и સિસ્ટમ કૉલ્સ. તે ખર્ચાળ કામગીરી છે અને પ્રભાવશાળી સંખ્યામાં કનેક્શન્સ સાથે મફત RAM નો અભાવ તરફ દોરી શકે છે.

સંશોધિત સંસ્કરણ હાઇલાઇટ્સ થ્રેડોની નિશ્ચિત સંખ્યા (થ્રેડ પૂલ), ત્યાં સિસ્ટમને એક્ઝેક્યુશન અટકાવવાથી અટકાવે છે, પરંતુ તે જ સમયે એક નવી સમસ્યા રજૂ કરે છે: જો થ્રેડ પૂલ હાલમાં લાંબા વાંચન કામગીરી દ્વારા અવરોધિત છે, તો પછી અન્ય સોકેટ્સ કે જે પહેલાથી ડેટા પ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ છે તે સક્ષમ રહેશે નહીં. આમ કરો

બીજો અભિગમ ઉપયોગ કરે છે ઘટના સૂચના સિસ્ટમ (સિસ્ટમ સિલેક્ટર) OS દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે. આ લેખ I/O ઑપરેશન્સ માટેની તૈયારી વિશે ચેતવણીઓ (ઇવેન્ટ્સ, નોટિફિકેશન) પર આધારિત, સિસ્ટમ સિલેક્ટરના સૌથી સામાન્ય પ્રકારની ચર્ચા કરે છે. તેમની પૂર્ણતા વિશે સૂચનાઓ. તેના ઉપયોગનું એક સરળ ઉદાહરણ નીચેના બ્લોક ડાયાગ્રામ દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે:

આ અભિગમો વચ્ચેનો તફાવત નીચે મુજબ છે:

• I/O કામગીરીને અવરોધિત કરી રહ્યા છીએ સસ્પેન્ડ વપરાશકર્તા પ્રવાહ ત્યાં સુધીજ્યાં સુધી OS યોગ્ય રીતે ન થાય ત્યાં સુધી ડિફ્રેગમેન્ટ્સ ઇનકમિંગ IP પેકેટો બાઈટ સ્ટ્રીમ માટે (ટીસીપી, ડેટા પ્રાપ્ત કરી રહ્યો છે) અથવા આંતરિક લેખન બફર્સમાં અનુગામી દ્વારા મોકલવા માટે પૂરતી જગ્યા ઉપલબ્ધ રહેશે નહીં એનઆઈસી (ડેટા મોકલી રહ્યું છે).
• સિસ્ટમ પસંદગીકાર સમય જતાં પ્રોગ્રામને સૂચિત કરે છે કે OS પહેલેથી ડિફ્રેગમેન્ટેડ IP પેકેટ્સ (TCP, ડેટા રિસેપ્શન) અથવા આંતરિક લખાણ બફર્સમાં પૂરતી જગ્યા પહેલેથી ઉપલબ્ધ (ડેટા મોકલવા).

સારાંશમાં કહીએ તો, દરેક I/O માટે OS થ્રેડને આરક્ષિત રાખવો એ કમ્પ્યુટિંગ પાવરનો બગાડ છે, કારણ કે વાસ્તવમાં, થ્રેડો ઉપયોગી કાર્ય કરી રહ્યાં નથી (તેથી આ શબ્દ "સોફ્ટવેર વિક્ષેપ"). સિસ્ટમ સિલેક્ટર આ સમસ્યાને ઉકેલે છે, વપરાશકર્તા પ્રોગ્રામને CPU સંસાધનોનો વધુ આર્થિક ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

I/O રિએક્ટર મોડલ

I/O રિએક્ટર સિસ્ટમ પસંદગીકાર અને વપરાશકર્તા કોડ વચ્ચેના સ્તર તરીકે કાર્ય કરે છે. તેના ઓપરેશનના સિદ્ધાંતને નીચેના બ્લોક ડાયાગ્રામ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે:

• હું તમને યાદ અપાવી દઉં કે ઇવેન્ટ એ સૂચના છે કે ચોક્કસ સોકેટ બિન-બ્લોકિંગ I/O ઑપરેશન કરવા સક્ષમ છે.
• ઇવેન્ટ હેન્ડલર એ એક કાર્ય છે જેને I/O રિએક્ટર દ્વારા કહેવામાં આવે છે જ્યારે ઇવેન્ટ પ્રાપ્ત થાય છે, જે પછી બિન-બ્લોકિંગ I/O ઑપરેશન કરે છે.

એ નોંધવું અગત્યનું છે કે I/O રિએક્ટર વ્યાખ્યા પ્રમાણે સિંગલ-થ્રેડેડ છે, પરંતુ 1 થ્રેડ: 1 રિએક્ટરના ગુણોત્તરમાં મલ્ટિ-થ્રેડેડ વાતાવરણમાં ખ્યાલને ઉપયોગમાં લેવાથી કંઈ અટકાવતું નથી, ત્યાંથી તમામ CPU કોરો રિસાયક્લિંગ થાય છે.

Реализация

અમે સાર્વજનિક ઇન્ટરફેસને ફાઇલમાં મૂકીશું reactor.h, અને અમલીકરણ - માં reactor.c. reactor.h નીચેની ઘોષણાઓનો સમાવેશ થશે:

reactor.h માં ઘોષણાઓ બતાવો

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 રિએક્ટર માળખું સમાવે છે ફાઇલ વર્ણનકર્તા પસંદગીકાર ઇપોલ и હેશ કોષ્ટકો GHashTable, જે દરેક સોકેટને મેપ કરે છે CallbackData (ઇવેન્ટ હેન્ડલરનું માળખું અને તેના માટે વપરાશકર્તા દલીલ).

રિએક્ટર અને કૉલબેકડેટા બતાવો

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

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

મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે અમે હેન્ડલ કરવાની ક્ષમતાને સક્ષમ કરી છે અપૂર્ણ પ્રકાર ઇન્ડેક્સ અનુસાર. IN reactor.h અમે માળખું જાહેર કરીએ છીએ reactor, અને માં reactor.c અમે તેને વ્યાખ્યાયિત કરીએ છીએ, તેથી વપરાશકર્તાને તેના ક્ષેત્રોને સ્પષ્ટપણે બદલવાથી અટકાવે છે. આ એક પેટર્ન છે ડેટા છુપાવે છે, જે સંક્ષિપ્ત રીતે C સિમેન્ટિક્સમાં બંધબેસે છે.

કાર્યો reactor_register, reactor_deregister и reactor_reregister સિસ્ટમ પસંદગીકાર અને હેશ ટેબલમાં રુચિના સોકેટ્સ અને અનુરૂપ ઇવેન્ટ હેન્ડલર્સની સૂચિને અપડેટ કરો.

નોંધણી કાર્યો બતાવો

#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 રિએક્ટરે વર્ણનકર્તા સાથે ઘટનાને અટકાવ્યા પછી fd, તે સંબંધિત ઇવેન્ટ હેન્ડલરને કૉલ કરે છે, જેનાથી તે પસાર થાય છે fd, બીટ માસ્ક જનરેટ કરેલ ઇવેન્ટ્સ અને વપરાશકર્તા નિર્દેશક void.

રિએક્ટર_રન() ફંક્શન બતાવો

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;
}

સારાંશ માટે, વપરાશકર્તા કોડમાં ફંક્શન કૉલ્સની સાંકળ નીચેનું સ્વરૂપ લેશે:

સિંગલ થ્રેડેડ સર્વર

ઉચ્ચ લોડ હેઠળ I/O રિએક્ટરનું પરીક્ષણ કરવા માટે, અમે એક સરળ HTTP વેબ સર્વર લખીશું જે છબી સાથેની કોઈપણ વિનંતીનો જવાબ આપે છે.

HTTP પ્રોટોકોલનો ઝડપી સંદર્ભ

HTTP - આ પ્રોટોકોલ છે એપ્લિકેશન સ્તર, મુખ્યત્વે સર્વર-બ્રાઉઝર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે વપરાય છે.

HTTP નો ઉપયોગ સરળતાથી કરી શકાય છે પરિવહન પ્રોટોકોલ ટીસીપી, ઉલ્લેખિત ફોર્મેટમાં સંદેશા મોકલવા અને પ્રાપ્ત કરવા સ્પષ્ટીકરણ.

વિનંતી ફોર્મેટ

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

• CRLF બે અક્ષરોનો ક્રમ છે: r и n, વિનંતીની પ્રથમ લાઇન, હેડરો અને ડેટાને અલગ કરીને.
• <КОМАНДА> - માનૂ એક CONNECT, DELETE, GET, HEAD, OPTIONS, PATCH, POST, PUT, TRACE. બ્રાઉઝર અમારા સર્વરને આદેશ મોકલશે GET, જેનો અર્થ થાય છે "મને ફાઇલની સામગ્રી મોકલો."
• <URI> - સમાન સંસાધન ઓળખકર્તા. ઉદાહરણ તરીકે, જો URI = /index.html, પછી ક્લાયંટ સાઇટના મુખ્ય પૃષ્ઠની વિનંતી કરે છે.
• <ВЕРСИЯ HTTP> — ફોર્મેટમાં HTTP પ્રોટોકોલનું સંસ્કરણ HTTP/X.Y. આજે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું સંસ્કરણ છે HTTP/1.1.
• <ЗАГОЛОВОК N> ફોર્મેટમાં કી-વેલ્યુ જોડી છે <КЛЮЧ>: <ЗНАЧЕНИЕ>, વધુ વિશ્લેષણ માટે સર્વર પર મોકલવામાં આવે છે.
• <ДАННЫЕ> - ઓપરેશન કરવા માટે સર્વર દ્વારા જરૂરી ડેટા. ઘણીવાર તે સરળ છે JSON અથવા કોઈપણ અન્ય ફોર્મેટ.

પ્રતિભાવ ફોર્મેટ

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

• <КОД СТАТУСА> ઓપરેશનના પરિણામને રજૂ કરતી સંખ્યા છે. અમારું સર્વર હંમેશા સ્ટેટસ 200 (સફળ કામગીરી) પરત કરશે.
• <ОПИСАНИЕ СТАТУСА> - સ્ટેટસ કોડની સ્ટ્રિંગ રજૂઆત. સ્ટેટસ કોડ 200 માટે આ છે OK.
• <ЗАГОЛОВОК N> — વિનંતીમાંના સમાન ફોર્મેટનું હેડર. અમે ટાઇટલ પરત કરીશું Content-Length (ફાઇલનું કદ) અને Content-Type: text/html (રીટર્ન ડેટા પ્રકાર).
• <ДАННЫЕ> - વપરાશકર્તા દ્વારા વિનંતી કરાયેલ ડેટા. અમારા કિસ્સામાં, આ માંની છબીનો માર્ગ છે HTML.

ફાઈલ http_server.c (સિંગલ થ્રેડેડ સર્વર) ફાઇલનો સમાવેશ કરે છે common.h, જેમાં નીચેના ફંક્શન પ્રોટોટાઇપ્સ છે:

સામાન્યમાં ફંક્શન પ્રોટોટાઇપ બતાવો

/*
 * 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);

કાર્યાત્મક મેક્રો પણ વર્ણવેલ છે SAFE_CALL() અને કાર્ય વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે fail(). મેક્રો અભિવ્યક્તિના મૂલ્યની ભૂલ સાથે તુલના કરે છે, અને જો સ્થિતિ સાચી હોય, તો ફંક્શનને કૉલ કરે છે fail():

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

કાર્ય fail() પસાર થયેલી દલીલોને ટર્મિનલ પર છાપે છે (જેમ કે printf()) અને કોડ સાથે પ્રોગ્રામને સમાપ્ત કરે છે 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);
}

કાર્ય new_server() સિસ્ટમ કોલ્સ દ્વારા બનાવેલ "સર્વર" સોકેટનું ફાઇલ વર્ણનકર્તા પરત કરે છે socket(), bind() и listen() અને નૉન-બ્લૉકિંગ મોડમાં ઇનકમિંગ કનેક્શન સ્વીકારવા સક્ષમ છે.

new_server() ફંક્શન બતાવો

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;
}

• નોંધ કરો કે સોકેટ શરૂઆતમાં ફ્લેગનો ઉપયોગ કરીને બિન-અવરોધિત મોડમાં બનાવવામાં આવે છે SOCK_NONBLOCKજેથી કાર્યમાં on_accept() (વધુ વાંચો) સિસ્ટમ કૉલ accept() થ્રેડ એક્ઝેક્યુશન અટકાવ્યું નથી.
• જો reuse_port બરાબર છે true, પછી આ ફંક્શન વિકલ્પ સાથે સોકેટને ગોઠવશે SO_REUSEPORT દ્વારા setsockopt()મલ્ટી-થ્રેડેડ એન્વાયર્નમેન્ટમાં સમાન પોર્ટનો ઉપયોગ કરવા માટે ("મલ્ટિ-થ્રેડેડ સર્વર" વિભાગ જુઓ).

ઇવેન્ટ હેન્ડલર on_accept() OS એ ઇવેન્ટ જનરેટ કરે તે પછી બોલાવવામાં આવે છે EPOLLIN, આ કિસ્સામાં એટલે કે નવું જોડાણ સ્વીકારી શકાય છે. on_accept() નવું કનેક્શન સ્વીકારે છે, તેને નોન-બ્લોકિંગ મોડ પર સ્વિચ કરે છે અને ઇવેન્ટ હેન્ડલર સાથે નોંધણી કરે છે on_recv() I/O રિએક્ટરમાં.

on_accept() ફંક્શન બતાવો

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);
}

ઇવેન્ટ હેન્ડલર on_recv() OS એ ઇવેન્ટ જનરેટ કરે તે પછી બોલાવવામાં આવે છે EPOLLIN, આ કિસ્સામાં મતલબ કે જોડાણ નોંધાયેલ છે on_accept(), ડેટા પ્રાપ્ત કરવા માટે તૈયાર છે.

on_recv() જ્યાં સુધી HTTP વિનંતી સંપૂર્ણપણે પ્રાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી કનેક્શનમાંથી ડેટા વાંચે છે, પછી તે હેન્ડલરની નોંધણી કરે છે on_send() HTTP પ્રતિસાદ મોકલવા માટે. જો ક્લાયન્ટ કનેક્શન તોડે છે, તો સોકેટની નોંધણી રદ કરવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ કરીને બંધ કરવામાં આવે છે close().

ફંક્શન on_recv() બતાવો

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);
    }
}

ઇવેન્ટ હેન્ડલર on_send() OS એ ઇવેન્ટ જનરેટ કરે તે પછી બોલાવવામાં આવે છે EPOLLOUT, એટલે કે કનેક્શન નોંધાયેલ છે on_recv(), ડેટા મોકલવા માટે તૈયાર છે. આ ફંક્શન ક્લાયંટને ઈમેજ સાથે HTML ધરાવતો HTTP પ્રતિસાદ મોકલે છે અને પછી ઈવેન્ટ હેન્ડલરને પાછું બદલે છે on_recv().

on_send() ફંક્શન બતાવો

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);
}

અને છેલ્લે, ફાઇલમાં http_server.c, કાર્યમાં main() અમે ઉપયોગ કરીને I/O રિએક્ટર બનાવીએ છીએ reactor_new(), સર્વર સોકેટ બનાવો અને તેને રજીસ્ટર કરો, તેનો ઉપયોગ કરીને રિએક્ટર શરૂ કરો reactor_run() બરાબર એક મિનિટ માટે, અને પછી અમે સંસાધનો પ્રકાશિત કરીએ છીએ અને પ્રોગ્રામમાંથી બહાર નીકળીએ છીએ.

http_server.c બતાવો

#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);
}

ચાલો તપાસીએ કે બધું અપેક્ષા મુજબ કાર્ય કરી રહ્યું છે. સંકલન (chmod a+x compile.sh && ./compile.sh પ્રોજેક્ટ રૂટમાં) અને સ્વ-લેખિત સર્વર લોંચ કરો, ખોલો http://127.0.0.1:18470 બ્રાઉઝરમાં અને જુઓ કે અમે શું અપેક્ષા રાખીએ છીએ:

પ્રદર્શન માપન

મારી કારની વિશિષ્ટતાઓ બતાવો

$ 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

ચાલો સિંગલ-થ્રેડેડ સર્વરનું પ્રદર્શન માપીએ. ચાલો બે ટર્મિનલ ખોલીએ: એકમાં આપણે દોડીશું ./http_server, એક અલગ રીતે - કર્ક. એક મિનિટ પછી, નીચેના આંકડા બીજા ટર્મિનલમાં પ્રદર્શિત થશે:

$ 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

અમારું સિંગલ-થ્રેડેડ સર્વર 11 કનેક્શન્સમાંથી ઉદ્ભવતા પ્રતિ મિનિટ 100 મિલિયનથી વધુ વિનંતીઓ પર પ્રક્રિયા કરવામાં સક્ષમ હતું. ખરાબ પરિણામ નથી, પરંતુ શું તે સુધારી શકાય છે?

મલ્ટિથ્રેડેડ સર્વર

ઉપર જણાવ્યા મુજબ, I/O રિએક્ટર અલગ થ્રેડોમાં બનાવી શકાય છે, ત્યાં તમામ CPU કોરોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ચાલો આ અભિગમને વ્યવહારમાં મૂકીએ:

http_server_multithreaded.c બતાવો

#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);
    }
}

હવે દરેક થ્રેડ પોતાની માલિકી ધરાવે છે રિએક્ટર

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

મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે કાર્ય દલીલ new_server() હિમાયત true. આનો અર્થ એ છે કે અમે સર્વર સોકેટને વિકલ્પ સોંપીએ છીએ SO_REUSEPORTબહુ-થ્રેડેડ વાતાવરણમાં તેનો ઉપયોગ કરવા માટે. તમે વધુ વિગતો વાંચી શકો છો અહીં.

બીજી દોડ

હવે ચાલો મલ્ટિ-થ્રેડેડ સર્વરનું પ્રદર્શન માપીએ:

$ 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 મિનિટમાં પ્રક્રિયા કરાયેલી વિનંતીઓની સંખ્યામાં ~3.28 ગણો વધારો થયો છે! પરંતુ અમે રાઉન્ડ નંબરથી માત્ર ~XNUMX મિલિયન ઓછા હતા, તેથી ચાલો તેને ઠીક કરવાનો પ્રયાસ કરીએ.

પહેલા આપણે જનરેટ થયેલા આંકડા જોઈએ પરફ:

$ 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

CPU એફિનિટીનો ઉપયોગ કરવો, સાથે સંકલન -march=native, પીજીઓ, હિટની સંખ્યામાં વધારો કેશ, વધારો MAX_EVENTS અને ઉપયોગ કરો EPOLLET કામગીરીમાં નોંધપાત્ર વધારો થયો નથી. પરંતુ જો તમે એક સાથે જોડાણોની સંખ્યામાં વધારો કરો તો શું થશે?

352 એક સાથે જોડાણો માટે આંકડા:

$ 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

ઇચ્છિત પરિણામ પ્રાપ્ત થયું હતું, અને તેની સાથે કનેક્શન્સની સંખ્યા પર 1 મિનિટમાં પ્રક્રિયા કરેલી વિનંતીઓની સંખ્યાની અવલંબન દર્શાવતો એક રસપ્રદ ગ્રાફ:

અમે જોઈએ છીએ કે બે સો કનેક્શન્સ પછી, બંને સર્વર્સ માટેની પ્રક્રિયા કરેલી વિનંતીઓની સંખ્યા ઝડપથી ઘટી જાય છે (મલ્ટી-થ્રેડેડ સંસ્કરણમાં આ વધુ ધ્યાનપાત્ર છે). શું આ Linux TCP/IP સ્ટેક અમલીકરણ સાથે સંબંધિત છે? ટિપ્પણીઓમાં ગ્રાફની આ વર્તણૂક અને મલ્ટિ-થ્રેડેડ અને સિંગલ-થ્રેડેડ વિકલ્પો માટે ઑપ્ટિમાઇઝેશન વિશે તમારી ધારણાઓ લખવા માટે નિઃસંકોચ.

કેવી રીતે નોંધ્યું ટિપ્પણીઓમાં, આ પ્રદર્શન પરીક્ષણ વાસ્તવિક લોડ હેઠળ I/O રિએક્ટરનું વર્તન બતાવતું નથી, કારણ કે લગભગ હંમેશા સર્વર ડેટાબેઝ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, લોગ આઉટપુટ કરે છે, ક્રિપ્ટોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરે છે TLS વગેરે, જેના પરિણામે ભાર બિન-યુનિફોર્મ (ગતિશીલ) બને છે. I/O પ્રોએક્ટર વિશેના લેખમાં તૃતીય-પક્ષ ઘટકો સાથે પરીક્ષણો હાથ ધરવામાં આવશે.

I/O રિએક્ટરના ગેરફાયદા

તમારે એ સમજવાની જરૂર છે કે I/O રિએક્ટર તેની ખામીઓ વિના નથી, એટલે કે:

• મલ્ટિ-થ્રેડેડ વાતાવરણમાં I/O રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરવો કંઈક વધુ મુશ્કેલ છે, કારણ કે તમારે પ્રવાહોનું સંચાલન જાતે કરવું પડશે.
• પ્રેક્ટિસ બતાવે છે કે મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં લોડ બિન-સમાન હોય છે, જે એક થ્રેડ લોગિંગ તરફ દોરી શકે છે જ્યારે બીજો કામમાં વ્યસ્ત હોય છે.
• જો એક ઇવેન્ટ હેન્ડલર થ્રેડને અવરોધિત કરે છે, તો સિસ્ટમ પસંદગીકાર પોતે પણ અવરોધિત કરશે, જે શોધવામાં મુશ્કેલ બગ તરફ દોરી શકે છે.

આ સમસ્યાઓ ઉકેલે છે I/O પ્રોએક્ટર, જેમાં ઘણીવાર શેડ્યૂલર હોય છે જે લોડને થ્રેડોના પૂલ પર સમાનરૂપે વિતરિત કરે છે, અને તે વધુ અનુકૂળ API પણ ધરાવે છે. અમે તેના વિશે પછીથી મારા અન્ય લેખમાં વાત કરીશું.

નિષ્કર્ષ

આ તે છે જ્યાં સિદ્ધાંતથી સીધા પ્રોફાઇલર એક્ઝોસ્ટ સુધીની અમારી સફર સમાપ્ત થઈ છે.

તમારે આના પર ધ્યાન આપવું જોઈએ નહીં, કારણ કે સગવડ અને ઝડપના વિવિધ સ્તરો સાથે નેટવર્ક સૉફ્ટવેર લખવા માટે અન્ય ઘણા સમાન રસપ્રદ અભિગમો છે. રસપ્રદ, મારા મતે, લિંક્સ નીચે આપેલ છે.

તમને ફરી મલીસુ!

રસપ્રદ પ્રોજેક્ટ્સ

• સી
  • મુક્તિ
  • મુક્તિ
  • લિબુવ
  • libevhtp
  • મુક્તિ
  • ડી.પી.ડી.કે.
  • નેટમેપ
  • PF_RING
• કાટ
  • મીયો
  • ટોક્યો
  • smoltcp

બીજું શું વાંચવું?

• https://linux.die.net/man/7/socket
• https://stackoverflow.com/questions/1050222/what-is-the-difference-between-concurrency-and-parallelism
• http://www.kegel.com/c10k.html
• https://kernel.dk/io_uring.pdf
• https://aturon.github.io/blog/2016/09/07/futures-design/
• https://tokio.rs/blog/2019-10-scheduler/
• https://www.artima.com/articles/io_design_patterns.html
• https://habr.com/en/post/183832/

સોર્સ: www.habr.com