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第四章 网络设计与redis、memcached、nginx组件

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文章的思维导图

前言

本文要介绍网络开发当中，常用的网络IO和网络IO处理的数据以及几种常用的reactor 模型

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一、网络相关的问题，网络开发中要处理那些问题？

网络操作IO

1.连接建立；
2.连接断开；
3.消息到达；
4.消息发送；
以上的四个问题，归根到底还是网络IO问题；网络IO 函数两大特性：IO函数检测状态；IO函数进行操作；
IO函数的检测： 该检测是精确的检测，它能过够通过函数返回值和errno 的值体现出函数的状态；
IO函数的操作： connect　listen accept read write 等函数都能够操作对应的数据；

网络中IO 函数本身就被检测功能和操作功能。

连接建立

连接建立分为主动建立和被动建立连接； 主动建立连接，服务器和第三方通过connet 建立连接；被动建立连接，服务器 需要socket bind listen acceopt 监听客户端；

connect，listen accept是关于网络的连接建立。accept检测全连接队列中是否有tcb，如果有则从中取出一个节点，返回一个对象clientfd，以及客户端的IP地址。connect是对于客户端而言，如果客户端收到ACK，即连接建立成功。（对应三次握手）

连接断开

连接断开范围主动断开和被动断开； 主动断开： 主动调用 close() 或shutdown() 被动i断开： 通过read 和write返回值和状态检测

消息到达

网络中消息发送一般使用read() 读取数据； read 返回值为-1 且errno == EWOULDBLOCK 说明read buffer 为空。

消息发送

网络中消息发送一般使用write(); write 返回值为-1 且errno == EWOULDBLOCK 说明writebuf 满了。

read是把数据从内核态read buffe拷贝到用户态中，当期为0代表read buffer中读到EOF，通过read 返回值和errno 确定read buffer 状态
write是把数据从用户态拷贝到内核态write buffe中　　通过write 返回值和errno 确定write buffer 状态。

网络设备中读写理解
以电脑CPU为中心。从外界的设备(键盘，磁盘等等)向CPU传递信息就是“读操作”，由CPU向外界设备(屏幕，磁盘等等)传递信息就是“写操作”。

客户端：读端　－－－－－ -- 服务端：写端(write buffer)；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　        
客户端　写端－－－－－－－－服务端：读端（read buffer）：

网络操作IO特性

操作IO函数分为阻塞和非阻塞。
阻塞位置：　阻塞在网络线程，连接的fd 阻塞属性决定了IO函数是否阻塞

阻塞非阻塞区别： 在数据准备阶段。阻塞IO在系统调用read 数据的时候，readbuffer 为空，则阻塞追到数据准备好。阻塞到内核当中。非阻塞 数据准备阶段无论是否有数据系统调用就立刻返回。

二、网络中IO检测

IO函数检测

IO函数本身可以检测 IO的状态；但是只能检测一个 fd 对应的状态；

IO　MULTIPLXING

只检测IP的就绪状态，同时可以检测多条链路的就绪状态；可以检测多个IO的就绪状态，他从来不操作IO；
IO 多路复用的检测是笼统的检测只能检测出可读、可写、错误、断开等笼统的事件；

IO多路复用

IO多路复用是系统调用的数据准备阶段

EPOLL 原理图

调用 epoll_create 会创建一个 epoll 对象；调用epoll_ctl 添加到 epoll 中的事件都会与网卡驱动程序建立回
调关系，相应事件触发时会调用回调函数（ ep_poll_callback ），将触发的事件拷贝到 rdlist 双向
链表中；调用 epoll_wait 将会把 rdlist 中就绪事件拷贝到用户态中；

EPOLL

代码如下（示例）： epoll 中相关的结构

struct eventpoll {
// ...
struct rb_root rbr; // 管理 epoll 监听的事件
struct list_head rdllist; // 保存着 epoll_wait
返回满⾜条件的事件
// ...
};

struct epitem {
// ...
struct rb_node rbn; // 红⿊树节点
struct list_head rdllist; // 双向链表节点
struct epoll_filefd ffd; // 事件句柄信息
struct eventpoll *ep; // 指向所属的eventpoll对
象
struct epoll_event event; // 注册的事件类型
// ...
};

struct epoll_event {   // 事件结构体 把事件类型和句柄关联
__uint32_t events; // epollin epollout  epollet(边缘触发)
epoll_data_t data; // 保存 关联数据
};

typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
}epoll_data_t;

2.EPOLL 函数

1. 创建epoll对象，每个线程当中只有一个epoll 对象

int epoll_create(int size);  

该处使用的url网络请求的数据。

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2. 操作epoll 事件， 节点存储在红黑树中
   操作方法：
   EPOLL_CTL_ADD
   EPOLL_CTL_MOD
   EPOLL_CTL_DEL

操作的事件类型
event.events:
EPOLLIN 注册读事件
EPOLLOUT 注册写事件
EPOLLET 注册边缘触发模式，默认是水平触发

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event* event);

3. 获取就绪事件，把就绪事件从内核中copy 到用户态度。内核中就绪事件存储在双向链表中

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout);

获取就绪事件状态
events[i].events:
EPOLLIN 触发读事件
EPOLLOUT 触发写事件
EPOLLERR 连接发生错误
EPOLLRDHUP 连接读端关闭
EPOLLHUP 连接双端关闭

epfd: epoll 对象
struct epoll_event* events： 内核中copy 就绪事件存储在用户态地址
int maxevents 预取就绪事件的个数

timeout : 设置此值可以产生阻塞和非阻塞的性质， IO多路复用没有阻塞状态可以通过timeout 值设置出现对应的特性
timeout = -1 一直阻塞直到网络事件到达；
imeout = 0 不管是否有事件就绪立刻返回；
timeout = 1000 最多等待 1 s，如果1 s内没有事件触发则返回；

总结

提示：这里对文章进行总结：

略：二归的时候写感想