அறிமுகம்

I/O அணு உலை (ஒற்றை நூல் நிகழ்வு வளையம்) என்பது உயர்-சுமை மென்பொருளை எழுதுவதற்கான ஒரு வடிவமாகும், இது பல பிரபலமான தீர்வுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது:

• node.js
• தோர்
• ஒலிபரப்பு
• குரோமியம்
• memcached
• ...

இந்தக் கட்டுரையில், I/O அணு உலையின் உள்ளீடுகள் மற்றும் அது எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் பார்ப்போம், 200 வரிகளுக்குக் குறைவான குறியீட்டில் செயல்படுத்தலை எழுதுவோம், மேலும் 40 மில்லியன் கோரிக்கைகள்/நிமிடத்திற்கு மேல் ஒரு எளிய HTTP சர்வர் செயல்முறையை உருவாக்குவோம்.

முன்னுரையில்

• I/O அணு உலையின் செயல்பாட்டைப் புரிந்துகொள்ளவும், அதனால் அதைப் பயன்படுத்தும் போது ஏற்படும் அபாயங்களைப் புரிந்துகொள்ளவும் இந்தக் கட்டுரை எழுதப்பட்டது.
• கட்டுரையைப் புரிந்துகொள்ள அடிப்படை அறிவு அவசியம். சி மொழி மற்றும் நெட்வொர்க் பயன்பாட்டு மேம்பாட்டில் சில அனுபவம்.
• அனைத்து குறியீடுகளும் கண்டிப்பாக சி மொழியில் எழுதப்பட்டுள்ளது (எச்சரிக்கை: நீண்ட PDF) C11 தரநிலைக்கு லினக்ஸ் மற்றும் கிடைக்கும் மகிழ்ச்சியா.

இது ஏன் அவசியம்?

இணையத்தின் பிரபலமடைந்து வருவதால், இணைய சேவையகங்கள் ஒரே நேரத்தில் அதிக எண்ணிக்கையிலான இணைப்புகளைக் கையாளத் தொடங்கியது, எனவே இரண்டு அணுகுமுறைகள் முயற்சிக்கப்பட்டன: அதிக எண்ணிக்கையிலான OS த்ரெட்களில் I/O ஐத் தடுப்பது மற்றும் I/O ஐத் தடுக்காதது ஒரு நிகழ்வு அறிவிப்பு அமைப்பு, "கணினி தேர்வி" என்றும் அழைக்கப்படுகிறது (தேர்தல்/kqueue/ஐஓசிபி/etc).

ஒவ்வொரு உள்வரும் இணைப்பிற்கும் ஒரு புதிய OS நூலை உருவாக்குவது முதல் அணுகுமுறை. அதன் குறைபாடு மோசமான அளவிடுதல்: இயக்க முறைமை பல செயல்படுத்த வேண்டும் சூழல் மாற்றங்கள் и கணினி அழைப்புகள். அவை விலையுயர்ந்த செயல்பாடுகள் மற்றும் ஈர்க்கக்கூடிய எண்ணிக்கையிலான இணைப்புகளுடன் இலவச ரேம் பற்றாக்குறைக்கு வழிவகுக்கும்.

மாற்றியமைக்கப்பட்ட பதிப்பு சிறப்பம்சங்கள் நிலையான எண்ணிக்கையிலான நூல்கள் (த்ரெட் பூல்), இதன் மூலம் கணினியை செயல்படுத்துவதைத் தடுக்கிறது, ஆனால் அதே நேரத்தில் ஒரு புதிய சிக்கலை அறிமுகப்படுத்துகிறது: த்ரெட் பூல் தற்போது நீண்ட வாசிப்பு செயல்பாடுகளால் தடுக்கப்பட்டால், ஏற்கனவே தரவைப் பெறக்கூடிய பிற சாக்கெட்டுகளால் முடியாது அவ்வாறு செய்ய.

இரண்டாவது அணுகுமுறை பயன்படுத்துகிறது நிகழ்வு அறிவிப்பு அமைப்பு (கணினி தேர்வி) OS ஆல் வழங்கப்படுகிறது. இந்தக் கட்டுரையானது, I/O செயல்பாடுகளுக்கான தயார்நிலை குறித்த விழிப்பூட்டல்களின் (நிகழ்வுகள், அறிவிப்புகள்) அடிப்படையில், மிகவும் பொதுவான சிஸ்டம் தேர்வியைப் பற்றி விவாதிக்கிறது. அவற்றின் நிறைவு பற்றிய அறிவிப்புகள். அதன் பயன்பாட்டின் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட உதாரணம் பின்வரும் தொகுதி வரைபடத்தால் குறிப்பிடப்படலாம்:

இந்த அணுகுமுறைகளுக்கு இடையிலான வேறுபாடு பின்வருமாறு:

• I/O செயல்பாடுகளைத் தடுப்பது இடைநீக்கம் பயனர் ஓட்டம் வரைOS சரியாக இருக்கும் வரை defragments வருகை ஐபி பாக்கெட்டுகள் பைட் ஸ்ட்ரீம் செய்ய (டிசிபி, தரவைப் பெறுதல்) அல்லது அதன் மூலம் அடுத்தடுத்து அனுப்புவதற்கு உள் எழுத்து இடையகங்களில் போதுமான இடம் இருக்காது. எதுவும் (தரவை அனுப்புகிறது).
• கணினி தேர்வி அதிக நேரம் OS என்று நிரலை அறிவிக்கிறது ஏற்கனவே defragmented IP packets (TCP, data reception) அல்லது உள் எழுதும் பஃபர்களில் போதுமான இடம் ஏற்கனவே கிடைக்கும் (தரவை அனுப்புகிறது).

சுருக்கமாகச் சொல்வதானால், ஒவ்வொரு I/O க்கும் ஒரு OS நூலை ஒதுக்குவது கணினி ஆற்றலை வீணடிப்பதாகும், ஏனெனில் உண்மையில், திரிகள் பயனுள்ள வேலையைச் செய்யவில்லை (எனவே இந்த சொல் "மென்பொருள் குறுக்கீடு") கணினி தேர்வாளர் இந்த சிக்கலை தீர்க்கிறது, பயனர் நிரல் CPU வளங்களை மிகவும் சிக்கனமாக பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது.

I/O உலை மாதிரி

I/O அணு உலை கணினி தேர்வி மற்றும் பயனர் குறியீட்டிற்கு இடையே ஒரு அடுக்காக செயல்படுகிறது. அதன் செயல்பாட்டின் கொள்கை பின்வரும் தொகுதி வரைபடத்தால் விவரிக்கப்பட்டுள்ளது:

• ஒரு நிகழ்வு என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட சாக்கெட் மூலம் தடுக்காத I/O செயல்பாட்டைச் செய்ய முடியும் என்பதற்கான அறிவிப்பு என்பதை உங்களுக்கு நினைவூட்டுகிறேன்.
• நிகழ்வு ஹேண்ட்லர் என்பது ஒரு நிகழ்வைப் பெறும்போது I/O ரியாக்டரால் அழைக்கப்படும் ஒரு செயல்பாடாகும், இது தடுக்காத I/O செயல்பாட்டைச் செய்கிறது.

I/O அணு உலை வரையறையின்படி ஒற்றை-திரிக்கப்பட்டதாகும், ஆனால் 1 நூல்: 1 உலை என்ற விகிதத்தில் பல-திரிக்கப்பட்ட சூழலில் பயன்படுத்தப்படுவதைத் தடுக்க எதுவும் இல்லை, இதன் மூலம் அனைத்து CPU கோர்களையும் மறுசுழற்சி செய்கிறது.

Реализация

பொது இடைமுகத்தை ஒரு கோப்பில் வைப்போம் reactor.h, மற்றும் செயல்படுத்தல் - இல் reactor.c. reactor.h பின்வரும் அறிவிப்புகளைக் கொண்டிருக்கும்:

reactor.hல் அறிவிப்புகளைக் காட்டு

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 அணு உலை அமைப்பு கொண்டுள்ளது கோப்பு விவரிப்பான் தேர்வாளர் தேர்தல் и ஹாஷ் அட்டவணைகள் GHashTable, இது ஒவ்வொரு சாக்கெட்டையும் வரைபடமாக்குகிறது CallbackData (நிகழ்வு கையாளுதலின் அமைப்பு மற்றும் அதற்கான பயனர் வாதம்).

உலை மற்றும் கால்பேக் டேட்டாவைக் காட்டு

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

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

கையாளும் திறனை நாங்கள் இயக்கியுள்ளோம் என்பதை நினைவில் கொள்ளவும் முழுமையற்ற வகை குறியீட்டின் படி. IN reactor.h நாங்கள் கட்டமைப்பை அறிவிக்கிறோம் reactorமற்றும் உள்ளே reactor.c நாங்கள் அதை வரையறுத்து, அதன் மூலம் பயனர் வெளிப்படையாக அதன் புலங்களை மாற்றுவதைத் தடுக்கிறோம். வடிவங்களில் இதுவும் ஒன்று தரவுகளை மறைத்தல், இது சி சொற்பொருளில் சுருக்கமாக பொருந்துகிறது.

செயல்பாடுகளை reactor_register, reactor_deregister и reactor_reregister கணினி தேர்வி மற்றும் ஹாஷ் அட்டவணையில் ஆர்வமுள்ள சாக்கெட்டுகள் மற்றும் தொடர்புடைய நிகழ்வு ஹேண்ட்லர்களின் பட்டியலைப் புதுப்பிக்கவும்.

பதிவு செயல்பாடுகளைக் காட்டு

#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 ரியாக்டர் நிகழ்வை டிஸ்கிரிப்டருடன் இடைமறித்த பிறகு fd, இது தொடர்புடைய நிகழ்வு கையாளுபவரை அழைக்கிறது, அது கடந்து செல்கிறது fd, பிட் முகமூடி உருவாக்கப்பட்ட நிகழ்வுகள் மற்றும் ஒரு பயனர் சுட்டிக்காட்டி void.

reactor_run() செயல்பாட்டைக் காட்டு

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;
}

சுருக்கமாக, பயனர் குறியீட்டில் உள்ள செயல்பாடு அழைப்புகளின் சங்கிலி பின்வரும் படிவத்தை எடுக்கும்:

ஒற்றை திரிக்கப்பட்ட சேவையகம்

I/O ரியாக்டரை அதிக சுமையின் கீழ் சோதிக்க, நாங்கள் ஒரு எளிய HTTP வலை சேவையகத்தை எழுதுவோம், அது ஒரு படத்துடன் எந்த கோரிக்கைக்கும் பதிலளிக்கும்.

HTTP நெறிமுறைக்கான விரைவான குறிப்பு

, HTTP - இது நெறிமுறை பயன்பாட்டு நிலை, முதன்மையாக சர்வர்-உலாவி தொடர்புக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது.

HTTP ஐ எளிதாகப் பயன்படுத்தலாம் போக்குவரத்து நெறிமுறை டிசிபி, குறிப்பிட்ட வடிவத்தில் செய்திகளை அனுப்புதல் மற்றும் பெறுதல் விவரக்குறிப்பு.

கோரிக்கை வடிவம்

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

• CRLF இரண்டு எழுத்துக்களின் வரிசை: r и n, கோரிக்கையின் முதல் வரி, தலைப்புகள் மற்றும் தரவைப் பிரிக்கிறது.
• <КОМАНДА> - ஒன்று CONNECT, DELETE, GET, HEAD, OPTIONS, PATCH, POST, PUT, TRACE. உலாவி எங்கள் சேவையகத்திற்கு ஒரு கட்டளையை அனுப்பும் GET, அதாவது "கோப்பின் உள்ளடக்கங்களை எனக்கு அனுப்பு."
• <URI> - சீரான வள அடையாளங்காட்டி. எடுத்துக்காட்டாக, URI = என்றால் /index.html, பின்னர் கிளையன்ட் தளத்தின் பிரதான பக்கத்தைக் கோருகிறார்.
• <ВЕРСИЯ HTTP> - வடிவத்தில் HTTP நெறிமுறையின் பதிப்பு HTTP/X.Y. இன்று மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பதிப்பு HTTP/1.1.
• <ЗАГОЛОВОК N> வடிவத்தில் ஒரு முக்கிய மதிப்பு ஜோடி <КЛЮЧ>: <ЗНАЧЕНИЕ>, மேலும் ஆய்வுக்காக சேவையகத்திற்கு அனுப்பப்பட்டது.
• <ДАННЫЕ> - செயல்பாட்டைச் செய்ய சேவையகத்திற்குத் தேவையான தரவு. பெரும்பாலும் இது எளிமையானது எஞ்சினியரிங் அல்லது வேறு ஏதேனும் வடிவம்.

பதில் வடிவம்

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

• <КОД СТАТУСА> செயல்பாட்டின் முடிவைக் குறிக்கும் எண். எங்கள் சேவையகம் எப்போதும் நிலை 200 (வெற்றிகரமான செயல்பாடு) வழங்கும்.
• <ОПИСАНИЕ СТАТУСА> — நிலைக் குறியீட்டின் சரம் பிரதிநிதித்துவம். நிலைக் குறியீடு 200க்கு இது OK.
• <ЗАГОЛОВОК N> - கோரிக்கையில் உள்ள அதே வடிவமைப்பின் தலைப்பு. தலைப்புகளைத் திருப்பித் தருவோம் Content-Length (கோப்பு அளவு) மற்றும் Content-Type: text/html (திரும்ப தரவு வகை).
• <ДАННЫЕ> - பயனரால் கோரப்பட்ட தரவு. எங்கள் விஷயத்தில், இது படத்திற்கான பாதை HTML ஐ.

கோப்பு http_server.c (ஒற்றை திரிக்கப்பட்ட சர்வர்) கோப்பு அடங்கும் common.h, இது பின்வரும் செயல்பாட்டு முன்மாதிரிகளைக் கொண்டுள்ளது:

பொதுவான செயல்பாடுகளின் முன்மாதிரிகளைக் காட்டு.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);

செயல்பாட்டு மேக்ரோவும் விவரிக்கப்பட்டுள்ளது SAFE_CALL() மற்றும் செயல்பாடு வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது fail(). மேக்ரோ வெளிப்பாட்டின் மதிப்பை பிழையுடன் ஒப்பிடுகிறது, மேலும் நிபந்தனை உண்மையாக இருந்தால், செயல்பாட்டை அழைக்கிறது fail():

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

செயல்பாடு fail() அனுப்பப்பட்ட வாதங்களை முனையத்தில் அச்சிடுகிறது (போன்ற printf()) மற்றும் நிரலை குறியீட்டுடன் நிறுத்துகிறது 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);
}

செயல்பாடு new_server() கணினி அழைப்புகளால் உருவாக்கப்பட்ட "சர்வர்" சாக்கெட்டின் கோப்பு விளக்கத்தை வழங்குகிறது socket(), bind() и listen() மற்றும் உள்வரும் இணைப்புகளை தடுக்காத முறையில் ஏற்றுக்கொள்ளும் திறன் கொண்டது.

new_server() செயல்பாட்டைக் காட்டு

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;
}

• சாக்கெட் ஆரம்பத்தில் கொடியைப் பயன்படுத்தி தடுக்காத பயன்முறையில் உருவாக்கப்பட்டது என்பதை நினைவில் கொள்க SOCK_NONBLOCKஅதனால் செயல்பாட்டில் on_accept() (மேலும் படிக்க) கணினி அழைப்பு accept() நூல் இயக்கத்தை நிறுத்தவில்லை.
• என்றால் reuse_port சமம் true, பின்னர் இந்த செயல்பாடு சாக்கெட்டை விருப்பத்துடன் கட்டமைக்கும் SO_REUSEPORT மூலம் setsockopt()பல திரிக்கப்பட்ட சூழலில் ஒரே போர்ட்டைப் பயன்படுத்த ("மல்டி-த்ரெட் சர்வர்" பகுதியைப் பார்க்கவும்).

நிகழ்வு நடத்துபவர் on_accept() OS ஒரு நிகழ்வை உருவாக்கிய பிறகு அழைக்கப்படுகிறது EPOLLIN, இந்த வழக்கில் புதிய இணைப்பை ஏற்றுக்கொள்ளலாம் என்று அர்த்தம். on_accept() ஒரு புதிய இணைப்பை ஏற்றுக்கொள்கிறது, அதை தடுக்காத பயன்முறைக்கு மாற்றுகிறது மற்றும் நிகழ்வு ஹேண்ட்லருடன் பதிவு செய்கிறது on_recv() I/O அணுஉலையில்.

on_accept() செயல்பாட்டைக் காட்டு

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);
}

நிகழ்வு நடத்துபவர் on_recv() OS ஒரு நிகழ்வை உருவாக்கிய பிறகு அழைக்கப்படுகிறது EPOLLIN, இந்த வழக்கில் இணைப்பு பதிவு என்று அர்த்தம் on_accept(), தரவு பெற தயாராக உள்ளது.

on_recv() HTTP கோரிக்கை முழுமையாகப் பெறப்படும் வரை இணைப்பிலிருந்து தரவைப் படிக்கிறது, பின்னர் அது ஒரு ஹேண்ட்லரைப் பதிவு செய்கிறது on_send() HTTP பதிலை அனுப்ப. கிளையன்ட் இணைப்பை உடைத்தால், சாக்கெட் பதிவு நீக்கம் செய்யப்பட்டு மூடப்படும் close().

செயல்பாட்டைக் காட்டு 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);
    }
}

நிகழ்வு நடத்துபவர் on_send() OS ஒரு நிகழ்வை உருவாக்கிய பிறகு அழைக்கப்படுகிறது EPOLLOUT, இணைப்பு பதிவு என்று அர்த்தம் on_recv(), தரவு அனுப்ப தயாராக உள்ளது. இந்தச் செயல்பாடு கிளையண்டிற்கு ஒரு படத்துடன் HTML ஐக் கொண்ட HTTP பதிலை அனுப்புகிறது, பின்னர் நிகழ்வு ஹேண்ட்லரை மீண்டும் மாற்றுகிறது on_recv().

on_send() செயல்பாட்டைக் காட்டு

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);
}

இறுதியாக, கோப்பில் http_server.c, செயல்பாட்டில் main() ஐ/ஓ உலையைப் பயன்படுத்தி உருவாக்குகிறோம் reactor_new(), ஒரு சர்வர் சாக்கெட்டை உருவாக்கி அதை பதிவுசெய்து, உலையைப் பயன்படுத்தி தொடங்கவும் reactor_run() சரியாக ஒரு நிமிடம், பின்னர் நாங்கள் ஆதாரங்களை வெளியிட்டு நிரலிலிருந்து வெளியேறுவோம்.

காட்டு http_server.c

#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);
}

எல்லாம் எதிர்பார்த்தபடி செயல்படுகிறதா என்று பார்ப்போம். தொகுத்தல் (chmod a+x compile.sh && ./compile.sh திட்ட மூலத்தில்) மற்றும் சுயமாக எழுதப்பட்ட சேவையகத்தைத் திறக்கவும் http://127.0.0.1:18470 உலாவியில் நாங்கள் எதிர்பார்த்ததைப் பார்க்கவும்:

செயல்திறன் அளவீடு

எனது காரின் விவரக்குறிப்புகளைக் காட்டு

$ 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

ஒற்றை-திரிக்கப்பட்ட சேவையகத்தின் செயல்திறனை அளவிடுவோம். இரண்டு டெர்மினல்களைத் திறப்போம்: ஒன்றில் நாம் இயக்குவோம் ./http_server, வேறு ஒன்றில் - வேலை. ஒரு நிமிடம் கழித்து, பின்வரும் புள்ளிவிவரங்கள் இரண்டாவது முனையத்தில் காட்டப்படும்:

$ 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

11 இணைப்புகளிலிருந்து ஒரு நிமிடத்திற்கு 100 மில்லியனுக்கும் அதிகமான கோரிக்கைகளை எங்களின் ஒற்றை-த்ரெட் சர்வரால் செயல்படுத்த முடிந்தது. மோசமான முடிவு அல்ல, ஆனால் அதை மேம்படுத்த முடியுமா?

மல்டித்ரெட் சர்வர்

மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, I/O ரியாக்டரை தனித்தனி இழைகளில் உருவாக்கலாம், இதன் மூலம் அனைத்து CPU கோர்களையும் பயன்படுத்தலாம். இந்த அணுகுமுறையை நடைமுறைப்படுத்துவோம்:

http_server_multithreaded.c ஐக் காட்டு

#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);
    }
}

இப்போது ஒவ்வொரு நூல் சொந்தமாக உள்ளது அணுஉலை:

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

செயல்பாடு வாதம் என்பதை நினைவில் கொள்ளவும் new_server() செயல்கள் true. அதாவது சர்வர் சாக்கெட்டுக்கு விருப்பத்தை ஒதுக்குகிறோம் SO_REUSEPORTபல திரிக்கப்பட்ட சூழலில் அதை பயன்படுத்த. மேலும் விவரங்களை நீங்கள் படிக்கலாம் இங்கே.

இரண்டாவது ஓட்டம்

இப்போது பல திரிக்கப்பட்ட சேவையகத்தின் செயல்திறனை அளவிடுவோம்:

$ 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 நிமிடத்தில் செயலாக்கப்பட்ட கோரிக்கைகளின் எண்ணிக்கை ~3.28 மடங்கு அதிகரித்துள்ளது! ஆனால் நாங்கள் சுற்று எண்ணை விட ~XNUMX மில்லியன் குறைவாக இருந்தோம், எனவே அதை சரிசெய்ய முயற்சிப்போம்.

முதலில் உருவாக்கப்பட்ட புள்ளிவிவரங்களைப் பார்ப்போம் புதுப்பிக்கப்பட்டுள்ளது 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 அஃபினிட்டியைப் பயன்படுத்துதல், உடன் தொகுத்தல் -march=native, பி.ஜி.ஓ., வெற்றி எண்ணிக்கையில் அதிகரிப்பு பணம், அதிகரி MAX_EVENTS மற்றும் பயன்படுத்தவும் EPOLLET செயல்திறன் குறிப்பிடத்தக்க அதிகரிப்பு கொடுக்கவில்லை. ஆனால் நீங்கள் ஒரே நேரத்தில் இணைப்புகளின் எண்ணிக்கையை அதிகரித்தால் என்ன ஆகும்?

352 ஒரே நேரத்தில் இணைப்புகளுக்கான புள்ளிவிவரங்கள்:

$ 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

விரும்பிய முடிவு பெறப்பட்டது, அதனுடன் இணைப்புகளின் எண்ணிக்கையில் 1 நிமிடத்தில் செயலாக்கப்பட்ட கோரிக்கைகளின் எண்ணிக்கையைச் சார்ந்திருப்பதைக் காட்டும் சுவாரஸ்யமான வரைபடம்:

இரண்டு நூறு இணைப்புகளுக்குப் பிறகு, இரண்டு சேவையகங்களுக்கும் செயலாக்கப்பட்ட கோரிக்கைகளின் எண்ணிக்கை கடுமையாகக் குறைவதைக் காண்கிறோம் (பல-திரிக்கப்பட்ட பதிப்பில் இது மிகவும் கவனிக்கத்தக்கது). இது Linux TCP/IP ஸ்டேக் செயலாக்கத்துடன் தொடர்புடையதா? வரைபடத்தின் இந்த நடத்தை மற்றும் பல-திரிக்கப்பட்ட மற்றும் ஒற்றை-திரிக்கப்பட்ட விருப்பங்களுக்கான மேம்படுத்தல்கள் பற்றிய உங்கள் அனுமானங்களை கருத்துகளில் எழுத தயங்க வேண்டாம்.

எப்படி குறிப்பிட்டார் கருத்துக்களில், இந்த செயல்திறன் சோதனை உண்மையான சுமைகளின் கீழ் I/O உலையின் நடத்தையைக் காட்டாது, ஏனெனில் எப்போதும் சர்வர் தரவுத்தளத்துடன் தொடர்பு கொள்கிறது, பதிவுகளை வெளியிடுகிறது, குறியாக்கவியலைப் பயன்படுத்துகிறது டிஎல்எஸ் முதலியன, இதன் விளைவாக சுமை சீரற்றதாக (டைனமிக்) மாறும். மூன்றாம் தரப்பு கூறுகளுடன் கூடிய சோதனைகள் I/O ப்ராக்டரைப் பற்றிய கட்டுரையில் மேற்கொள்ளப்படும்.

I/O அணு உலையின் தீமைகள்

I/O உலை அதன் குறைபாடுகள் இல்லாமல் இல்லை என்பதை நீங்கள் புரிந்து கொள்ள வேண்டும், அதாவது:

• பல-திரிக்கப்பட்ட சூழலில் I/O உலையைப் பயன்படுத்துவது சற்றே கடினமானது, ஏனெனில் நீங்கள் ஓட்டங்களை கைமுறையாக நிர்வகிக்க வேண்டும்.
• பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில் சுமை சீரற்றதாக இருப்பதை நடைமுறை காட்டுகிறது, இது ஒரு நூல் பதிவு செய்ய வழிவகுக்கும், மற்றொன்று வேலையில் பிஸியாக இருக்கும்.
• ஒரு நிகழ்வு ஹேண்ட்லர் ஒரு நூலைத் தடுத்தால், கணினித் தேர்வாளரே தடுக்கும், இது கடினமான பிழைகளைக் கண்டறிய வழிவகுக்கும்.

இந்த பிரச்சனைகளை தீர்க்கிறது I/O செயலி, இது பெரும்பாலும் ஒரு அட்டவணையைக் கொண்டுள்ளது, இது சுமைகளின் தொகுப்பிற்கு சுமைகளை சமமாக விநியோகிக்கும், மேலும் மிகவும் வசதியான API ஐயும் கொண்டுள்ளது. எனது மற்ற கட்டுரையில் அதைப் பற்றி பின்னர் பேசுவோம்.

முடிவுக்கு

கோட்பாட்டிலிருந்து நேராக ப்ரொஃபைலர் எக்ஸாஸ்டுக்கான எங்கள் பயணம் இங்குதான் முடிவுக்கு வந்துள்ளது.

நீங்கள் இதைப் பற்றி சிந்திக்கக்கூடாது, ஏனென்றால் நெட்வொர்க் மென்பொருளை வெவ்வேறு நிலைகளில் வசதி மற்றும் வேகத்துடன் எழுதுவதற்கு சமமான சுவாரஸ்யமான அணுகுமுறைகள் உள்ளன. சுவாரஸ்யமானது, என் கருத்துப்படி, இணைப்புகள் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.

மீண்டும் பார்!

சுவாரஸ்யமான திட்டங்கள்

• பி
  • சுதந்திரமான
  • லிபேவ்
  • லிபுவ்
  • libevhtp
  • சுதந்திரம்
  • டி.பி.டி.கே.
  • நெட்மேப்
  • PF_RING
• துரு
  • என்
  • அத்தகைய ஒரு
  • smoltcp

நான் வேறு என்ன படிக்க வேண்டும்?

• 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/

ஆதாரம்: www.habr.com