परिचय

I/O रिएक्टर (एकल थ्रेडेड घटना लूप) उच्च-लोड सफ्टवेयर लेख्नको लागि एक ढाँचा हो, धेरै लोकप्रिय समाधानहरूमा प्रयोग गरिन्छ:

यस लेखमा, हामी I/O रिएक्टरको इन्स र आउटहरू हेर्नेछौं र यसले कसरी काम गर्छ, कोडको 200 भन्दा कम लाइनहरूमा कार्यान्वयन लेख्छौं, र 40 मिलियन अनुरोधहरू/मिनेटमा एक साधारण HTTP सर्भर प्रक्रिया बनाउँदछ।

Foreword

लेख I/O रिएक्टरको कार्यप्रणाली बुझ्न मद्दतको लागि लेखिएको थियो, र त्यसैले यसलाई प्रयोग गर्दा जोखिमहरू बुझ्न।
लेख बुझ्नको लागि आधारभूत ज्ञान चाहिन्छ। सी भाषा र नेटवर्क अनुप्रयोग विकास मा केहि अनुभव।
सबै कोड C भाषामा कडाई अनुसार लेखिएको छ (सावधानी: लामो PDF) C11 मानकमा लिनक्स को लागी र मा उपलब्ध छ GitHub.

यो किन आवश्यक छ?

इन्टरनेटको बढ्दो लोकप्रियताको साथ, वेब सर्भरहरूले एकै साथ ठूलो संख्यामा जडानहरू ह्यान्डल गर्न आवश्यक हुन थाल्यो, र त्यसकारण दुईवटा दृष्टिकोणहरू प्रयास गरियो: ठूलो संख्यामा OS थ्रेडहरूमा I/O ब्लक गर्ने र I/O लाई ब्लक नगर्ने। एक घटना सूचना प्रणाली, "प्रणाली चयनकर्ता" पनि भनिन्छ (epoll/kqueue/IOCP/etc)।

पहिलो दृष्टिकोणले प्रत्येक आगमन जडानको लागि नयाँ OS थ्रेड सिर्जना गर्ने समावेश गर्दछ। यसको बेफाइदा खराब स्केलेबिलिटी हो: अपरेटिङ सिस्टमले धेरै लागू गर्नुपर्नेछ सन्दर्भ संक्रमण и प्रणाली कलहरू। तिनीहरू महँगो अपरेशनहरू हुन् र जडानहरूको प्रभावशाली संख्याको साथ नि: शुल्क RAM को अभाव हुन सक्छ।

परिमार्जित संस्करण हाइलाइट गर्दछ थ्रेडहरूको निश्चित संख्या (थ्रेड पूल), जसले प्रणालीलाई कार्यान्वयन रोक्नबाट रोक्छ, तर एकै समयमा नयाँ समस्याको परिचय दिँदै: यदि थ्रेड पूल हाल लामो पढ्ने अपरेसनहरूद्वारा अवरुद्ध छ भने, अन्य सकेटहरू जुन पहिले नै डाटा प्राप्त गर्न सक्षम हुनेछैनन्। तेसो गर।

दोस्रो दृष्टिकोण प्रयोग गर्दछ घटना सूचना प्रणाली (प्रणाली चयनकर्ता) OS द्वारा प्रदान गरिएको। यस लेखले I/O अपरेसनहरूको लागि तयारीको बारेमा अलर्टहरू (घटनाहरू, सूचनाहरू) मा आधारित प्रणाली चयनकर्ताको सबैभन्दा सामान्य प्रकारको बारेमा छलफल गर्दछ। तिनीहरूको पूरा बारे सूचनाहरू। यसको प्रयोगको एक सरल उदाहरण निम्न ब्लक रेखाचित्र द्वारा प्रतिनिधित्व गर्न सकिन्छ:

यी दृष्टिकोणहरू बीचको भिन्नता निम्नानुसार छ:

I/O कार्यहरू अवरुद्ध गर्दै निलम्बन प्रयोगकर्ता प्रवाह सम्मओएस ठीकसँग नभएसम्म defragments आगमन आईपी प्याकेटहरू बाइट स्ट्रिम गर्न (टीसीपी, डाटा प्राप्त गर्दै) वा त्यसपछिको माध्यमबाट पठाउनको लागि आन्तरिक लेखन बफरहरूमा पर्याप्त ठाउँ उपलब्ध हुनेछैन। एनआईसी (डेटा पठाउँदै)।
प्रणाली चयनकर्ता समयको क्रमसँगै कार्यक्रमलाई सूचित गर्दछ कि OS पहिले नै डिफ्रेग्मेन्टेड आईपी प्याकेटहरू (TCP, डाटा रिसेप्शन) वा आन्तरिक लेखन बफरहरूमा पर्याप्त ठाउँ पहिले नै उपलब्ध (डेटा पठाउँदै)।

यसलाई संक्षेपमा, प्रत्येक I/O को लागि OS थ्रेड आरक्षित गर्नु कम्प्युटिङ पावरको बर्बादी हो, किनभने वास्तवमा, थ्रेडहरूले उपयोगी काम गरिरहेका छैनन् (त्यसैले शब्द "सफ्टवेयर अवरोध")। प्रणाली चयनकर्ताले यो समस्या समाधान गर्छ, प्रयोगकर्ता कार्यक्रमलाई CPU स्रोतहरू धेरै आर्थिक रूपमा प्रयोग गर्न अनुमति दिन्छ।

I/O रिएक्टर मोडेल

I/O रिएक्टरले प्रणाली चयनकर्ता र प्रयोगकर्ता कोड बीचको तहको रूपमा कार्य गर्दछ। यसको सञ्चालनको सिद्धान्त निम्न ब्लक रेखाचित्र द्वारा वर्णन गरिएको छ:

मलाई तपाइँलाई सम्झाउन दिनुहोस् कि घटना एक सूचना हो कि एक निश्चित सकेट एक गैर-ब्लक I/O सञ्चालन गर्न सक्षम छ।
घटना ह्यान्डलर भनेको घटना प्राप्त हुँदा I/O रिएक्टरद्वारा बोलाइने प्रकार्य हो, जसले त्यसपछि नन-ब्लकिङ I/O सञ्चालन गर्छ।

यो नोट गर्न महत्त्वपूर्ण छ कि I/O रिएक्टर परिभाषाद्वारा एकल-थ्रेडेड हो, तर त्यहाँ 1 थ्रेड: 1 रिएक्टरको अनुपातमा बहु-थ्रेडेड वातावरणमा प्रयोग हुनबाट अवधारणालाई रोक्न केही छैन, जसले गर्दा सबै CPU कोरहरू पुन: प्रयोग गरिन्छ।

कार्यान्वयन

हामी सार्वजनिक इन्टरफेसलाई फाइलमा राख्नेछौं reactor.h, र कार्यान्वयन - मा reactor.c. reactor.h निम्न घोषणाहरू समावेश हुनेछ:

रिएक्टरमा घोषणाहरू देखाउनुहोस्

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 रिएक्टर संरचना समावेश छ फाइल वर्णनकर्ता चयनकर्ता epoll и ह्यास तालिकाहरू GHashTable, जसले प्रत्येक सकेटमा नक्सा गर्छ CallbackData (घटना ह्यान्डलरको संरचना र यसको लागि प्रयोगकर्ता तर्क)।

रिएक्टर र कलब्याक डाटा देखाउनुहोस्

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

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

कृपया ध्यान दिनुहोस् कि हामीले ह्यान्डल गर्ने क्षमता सक्षम गरेका छौं अपूर्ण प्रकार सूचकांक अनुसार। IN reactor.h हामी संरचना घोषणा गर्छौं reactor, र in reactor.c हामी यसलाई परिभाषित गर्छौं, जसले गर्दा प्रयोगकर्तालाई यसको क्षेत्रहरू स्पष्ट रूपमा परिवर्तन गर्नबाट रोक्छ। यो ढाँचा मध्ये एक हो डाटा लुकाउने, जुन संक्षिप्त रूपमा C सिमान्टिक्समा फिट हुन्छ।

कार्यहरू reactor_register, reactor_deregister и reactor_reregister प्रणाली चयनकर्ता र ह्यास तालिकामा रुचिका सकेटहरू र सम्बन्धित घटना ह्यान्डलरहरूको सूची अद्यावधिक गर्नुहोस्।

दर्ता कार्यहरू देखाउनुहोस्

#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 रिएक्टरले वर्णनकर्ताको साथ घटनालाई रोके पछि fd, यसले सम्बन्धित घटना ह्यान्डलरलाई कल गर्छ, जसमा यो पास हुन्छ fd, बिट मास्क उत्पन्न घटनाहरू र प्रयोगकर्ता सूचक void.

reactor_run() प्रकार्य देखाउनुहोस्

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;
}

संक्षेपमा, प्रयोगकर्ता कोडमा प्रकार्य कलहरूको श्रृंखलाले निम्न फारम लिनेछ:

एकल थ्रेडेड सर्भर

उच्च लोड अन्तर्गत I/O रिएक्टर परीक्षण गर्नको लागि, हामी एउटा साधारण HTTP वेब सर्भर लेख्नेछौं जसले छविको साथ कुनै पनि अनुरोधलाई जवाफ दिन्छ।

HTTP प्रोटोकलको द्रुत सन्दर्भ

HTTP - यो प्रोटोकल हो आवेदन स्तर, मुख्य रूपमा सर्भर-ब्राउजर अन्तरक्रियाको लागि प्रयोग गरिन्छ।

HTTP सजिलै प्रयोग गर्न सकिन्छ यातायात प्रोटोकल टीसीपी, निर्दिष्ट ढाँचामा सन्देशहरू पठाउने र प्राप्त गर्ने विनिर्देशन.

ढाँचा अनुरोध गर्नुहोस्

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

CRLF दुई वर्णहरूको अनुक्रम हो: r и n, अनुरोधको पहिलो लाइन, हेडर र डेटा अलग गर्दै।
<КОМАНДА> - मध्येको एउटा CONNECT, DELETE, GET, HEAD, OPTIONS, PATCH, POST, PUT, TRACE। ब्राउजरले हाम्रो सर्भरमा आदेश पठाउनेछ GET, अर्थ "मलाई फाइलको सामग्री पठाउनुहोस्।"
<URI> - समान स्रोत पहिचानकर्ता। उदाहरण को लागी, यदि URI = /index.html, त्यसपछि ग्राहकले साइटको मुख्य पृष्ठ अनुरोध गर्दछ।
<ВЕРСИЯ HTTP> — ढाँचामा HTTP प्रोटोकलको संस्करण HTTP/X.Y। आज सबैभन्दा धेरै प्रयोग गरिएको संस्करण हो HTTP/1.1.
<ЗАГОЛОВОК N> ढाँचामा कुञ्जी-मान जोडी हो <КЛЮЧ>: <ЗНАЧЕНИЕ>, थप विश्लेषणको लागि सर्भरमा पठाइयो।
<ДАННЫЕ> - सर्भर द्वारा सञ्चालन गर्न आवश्यक डाटा। अक्सर यो सरल छ JSON वा कुनै अन्य ढाँचा।

प्रतिक्रिया ढाँचा

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

<КОД СТАТУСА> सञ्चालनको नतिजा प्रतिनिधित्व गर्ने संख्या हो। हाम्रो सर्भरले सधैं स्थिति 200 (सफल सञ्चालन) फर्काउनेछ।
<ОПИСАНИЕ СТАТУСА> - स्थिति कोड को स्ट्रिङ प्रतिनिधित्व। स्थिति कोड 200 को लागी यो हो OK.
<ЗАГОЛОВОК N> - अनुरोधमा जस्तै ढाँचाको हेडर। हामी शीर्षकहरू फिर्ता गर्नेछौं Content-Length (फाइल साइज) र Content-Type: text/html (रिटर्न डाटा प्रकार)।
<ДАННЫЕ> - प्रयोगकर्ता द्वारा अनुरोध गरिएको डाटा। हाम्रो अवस्थामा, यो छविमा जाने बाटो हो HTML.

फाइल http_server.c (एकल थ्रेडेड सर्भर) फाइल समावेश गर्दछ common.h, जसमा निम्न प्रकार्य प्रोटोटाइपहरू छन्:

Common.h मा प्रकार्य प्रोटोटाइपहरू देखाउनुहोस्

/*
 * 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);

कार्यात्मक म्याक्रो पनि वर्णन गरिएको छ SAFE_CALL() र प्रकार्य परिभाषित छ fail()। म्याक्रोले त्रुटिसँग अभिव्यक्तिको मान तुलना गर्छ, र यदि अवस्था सत्य छ भने, प्रकार्यलाई कल गर्दछ fail():

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

समारोह fail() पास गरिएका तर्कहरूलाई टर्मिनलमा छाप्छ (जस्तै printf()) र कोडको साथ कार्यक्रम समाप्त गर्दछ 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);
}

समारोह new_server() प्रणाली कलहरूद्वारा सिर्जना गरिएको "सर्भर" सकेटको फाइल वर्णनकर्ता फर्काउँछ socket(), bind() и listen() र नन-ब्लकिङ मोडमा आगमन जडानहरू स्वीकार गर्न सक्षम।

देखाउनुहोस् new_server() प्रकार्य

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;
}

ध्यान दिनुहोस् कि सकेट सुरुमा झण्डा प्रयोग गरेर गैर-ब्लकिङ मोडमा सिर्जना गरिएको छ SOCK_NONBLOCKत्यसैले समारोहमा on_accept() (थप पढ्नुहोस्) प्रणाली कल accept() थ्रेड कार्यान्वयन रोकिएको छैन।
यदि reuse_port बराबर छ true, त्यसपछि यो प्रकार्यले विकल्पको साथ सकेट कन्फिगर गर्नेछ SO_REUSEPORT मार्फत setsockopt()बहु-थ्रेड गरिएको वातावरणमा समान पोर्ट प्रयोग गर्न (खण्ड "बहु-थ्रेडेड सर्भर" हेर्नुहोस्)।

घटना ह्यान्डलर on_accept() OS ले घटना उत्पन्न गरेपछि बोलाइन्छ EPOLLIN, यस अवस्थामा नयाँ जडान स्वीकार गर्न सकिन्छ भन्ने अर्थ। on_accept() नयाँ जडान स्वीकार गर्दछ, यसलाई गैर-ब्लकिङ मोडमा स्विच गर्दछ र घटना ह्यान्डलरसँग दर्ता गर्दछ on_recv() I/O रिएक्टरमा।

on_accept() प्रकार्य देखाउनुहोस्

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);
}

घटना ह्यान्डलर on_recv() OS ले घटना उत्पन्न गरेपछि बोलाइन्छ EPOLLIN, यस अवस्थामा यसको अर्थ जडान दर्ता भएको हो on_accept(), डाटा प्राप्त गर्न तयार छ।

on_recv() HTTP अनुरोध पूर्ण रूपमा प्राप्त नभएसम्म जडानबाट डाटा पढ्छ, त्यसपछि यो ह्यान्डलर दर्ता गर्दछ on_send() HTTP प्रतिक्रिया पठाउन। यदि क्लाइन्टले जडान तोड्यो भने, सकेट दर्ता रद्द गरी प्रयोग गरी बन्द हुन्छ close().

कार्य देखाउनुहोस् on_recv()

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);
    }
}

घटना ह्यान्डलर on_send() OS ले घटना उत्पन्न गरेपछि बोलाइन्छ EPOLLOUTअर्थात् जडान दर्ता भएको हो on_recv(), डाटा पठाउन तयार छ। यो प्रकार्यले क्लाइन्टलाई छविको साथ HTML समावेश भएको HTTP प्रतिक्रिया पठाउँछ र त्यसपछि घटना ह्यान्डलरलाई फेरि परिवर्तन गर्दछ on_recv().

on_send() प्रकार्य देखाउनुहोस्

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);
}

र अन्तमा, फाइलमा http_server.c, कार्यमा main() हामी प्रयोग गरेर I/O रिएक्टर सिर्जना गर्छौं reactor_new(), सर्भर सकेट सिर्जना गर्नुहोस् र यसलाई दर्ता गर्नुहोस्, प्रयोग गरेर रिएक्टर सुरु गर्नुहोस् reactor_run() ठीक एक मिनेटको लागि, र त्यसपछि हामी स्रोतहरू जारी गर्छौं र कार्यक्रमबाट बाहिर निस्कन्छौं।

http_server.c देखाउनुहोस्

#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);
}

सबै कुरा अपेक्षित रूपमा काम गर्दैछ भनेर जाँच गरौं। संकलन (chmod a+x compile.sh && ./compile.sh प्रोजेक्ट रूटमा) र स्व-लिखित सर्भर सुरु गर्नुहोस्, खोल्नुहोस् http://127.0.0.1:18470 ब्राउजरमा र हेर्नुहोस् हामीले के अपेक्षा गरेका थियौं:

प्रदर्शन मापन

मेरो कार विशिष्टता देखाउनुहोस्

$ 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

एकल-थ्रेडेड सर्भरको प्रदर्शन मापन गरौं। दुई टर्मिनलहरू खोलौं: एउटामा हामी दौडनेछौं ./http_server, एक फरक मा - क्रेक। एक मिनेट पछि, निम्न तथ्याङ्कहरू दोस्रो टर्मिनलमा प्रदर्शित हुनेछन्:

$ 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

हाम्रो एकल-थ्रेडेड सर्भरले 11 जडानहरूबाट उत्पन्न प्रति मिनेट 100 मिलियन अनुरोधहरू प्रशोधन गर्न सक्षम थियो। नराम्रो नतिजा होइन, तर यसलाई सुधार गर्न सकिन्छ?

मल्टिथ्रेडेड सर्भर

माथि उल्लेख गरिए अनुसार, I/O रिएक्टर अलग-अलग थ्रेडहरूमा सिर्जना गर्न सकिन्छ, यसैले सबै CPU कोरहरू प्रयोग गरेर। यो दृष्टिकोण व्यवहारमा राखौं:

http_server_multithreaded.c देखाउनुहोस्

#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);
    }
}

अब हरेक थ्रेड आफ्नो स्वामित्व छ रिएक्टर:

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

कृपया ध्यान दिनुहोस् कि प्रकार्य तर्क new_server() अधिवक्ता true। यसको मतलब हामीले सर्भर सकेटमा विकल्प असाइन गर्छौं SO_REUSEPORTयसलाई बहु-थ्रेड गरिएको वातावरणमा प्रयोग गर्न। तपाईं थप विवरणहरू पढ्न सक्नुहुन्छ यहाँ.

दोस्रो रन

अब बहु-थ्रेडेड सर्भरको प्रदर्शन मापन गरौं:

$ 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 मिनेटमा प्रशोधन गरिएका अनुरोधहरूको संख्या ~3.28 गुणाले बढ्यो! तर हामी राउन्ड नम्बरको ~XNUMX मिलियन मात्र छोटो थियौं, त्यसैले यसलाई ठीक गर्ने प्रयास गरौं।

पहिले उत्पन्न तथ्याङ्क हेरौं perf:

$ 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 आत्मीयता प्रयोग गर्दै, संग संकलन -march=native, पीजीओ, हिट को संख्या मा वृद्धि क्यास, बढ्नु MAX_EVENTS र प्रयोग गर्नुहोस् EPOLLET कार्यसम्पादनमा उल्लेखनीय वृद्धि गर्न सकेन। तर के हुन्छ यदि तपाइँ एक साथ जडानहरूको संख्या बढाउनुहुन्छ?

352 एक साथ जडानहरूको लागि तथ्याङ्क:

$ 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

वांछित नतिजा प्राप्त भयो, र यसको साथमा जडानहरूको संख्यामा 1 मिनेटमा प्रशोधित अनुरोधहरूको संख्याको निर्भरता देखाउने एक रोचक ग्राफ:

हामी देख्छौं कि सयौं जडानहरू पछि, दुबै सर्भरहरूको लागि प्रशोधित अनुरोधहरूको संख्या द्रुत रूपमा घट्छ (बहु-थ्रेडेड संस्करणमा यो अधिक ध्यान दिन योग्य छ)। के यो लिनक्स TCP/IP स्ट्याक कार्यान्वयनसँग सम्बन्धित छ? टिप्पणीहरूमा बहु-थ्रेडेड र एकल-थ्रेडेड विकल्पहरूको लागि ग्राफ र अप्टिमाइजेसनको यस व्यवहारको बारेमा आफ्नो अनुमानहरू लेख्न स्वतन्त्र महसुस गर्नुहोस्।

कसरी नोट गरियो टिप्पणीहरूमा, यो कार्यसम्पादन परीक्षणले वास्तविक लोडहरू अन्तर्गत I/O रिएक्टरको व्यवहार देखाउँदैन, किनकि लगभग सधैँ सर्भरले डाटाबेससँग अन्तरक्रिया गर्छ, लगहरू आउटपुट गर्दछ, क्रिप्टोग्राफी प्रयोग गर्दछ। TLS आदि, जसको परिणामस्वरूप लोड गैर-एकसमान (गतिशील) हुन्छ। तेस्रो-पक्ष कम्पोनेन्टहरूसँग परीक्षणहरू I/O प्रोएक्टरको बारेमा लेखमा गरिनेछ।

I/O रिएक्टरको बेफाइदाहरू

तपाईले बुझ्नु आवश्यक छ कि I/O रिएक्टर यसको कमजोरी बिना छैन, अर्थात्:

बहु-थ्रेड गरिएको वातावरणमा I/O रिएक्टर प्रयोग गर्नु अलि बढी गाह्रो छ, किनभने तपाईंले प्रवाहहरू म्यानुअल रूपमा व्यवस्थापन गर्नुपर्नेछ।
अभ्यासले देखाउँछ कि धेरैजसो अवस्थामा लोड गैर-एकसमान हुन्छ, जसले गर्दा एउटा थ्रेड लगिङ हुन सक्छ जबकि अर्को काममा व्यस्त हुन्छ।
यदि एक घटना ह्यान्डलरले थ्रेड ब्लक गर्छ भने, प्रणाली चयनकर्ताले पनि ब्लक गर्नेछ, जसले बगहरू फेला पार्न गाह्रो हुन सक्छ।

यी समस्याहरू समाधान गर्छ I/O प्रोएक्टर, जसमा प्रायः एक शेड्युलर हुन्छ जसले लोडलाई थ्रेडको पूलमा समान रूपमा वितरण गर्दछ, र थप सुविधाजनक API पनि छ। हामी यसको बारेमा पछि कुरा गर्नेछौं, मेरो अर्को लेखमा।

निष्कर्षमा

सिद्धान्तबाट सीधा प्रोफाइलर निकाससम्मको हाम्रो यात्रा यहीँबाट समाप्त भएको छ।

तपाईले यसमा ध्यान दिनु हुँदैन, किनकि त्यहाँ विभिन्न स्तरको सुविधा र गतिको साथ नेटवर्क सफ्टवेयर लेख्नको लागि धेरै अन्य समान रूपमा रोचक दृष्टिकोणहरू छन्। चाखलाग्दो, मेरो विचारमा, लिङ्कहरू तल दिइएको छ।

अर्को समय सम्म!

रोचक परियोजनाहरू

Si
खियाले

मैले अरू के पढ्नु पर्छ?

स्रोत: www.habr.com

पूर्ण-विशेषतायुक्त बेयर-सी I/O रिएक्टर