服务程序最为关键的设计是并发服务模型,当前有以下几种典型的模型:
- 单进程服务,使用非阻塞IO
使用一个进程服务多个客户,通常与客户通信的套接字设置为非阻塞的,阻塞只发生在select()、poll()、epoll_wait()等系统调用上面。这是一种行之有效的单进程状态机式服务方式,已被广泛采用。
缺点是它无法利用SMP(对称多处理器)的优势,除非启动多个进程。此外,它尝试就绪的IO文件描述符后,立即从系统调用返回,这会导致大量的系统调用发生,尤其是在较慢的字节传输时。
select()本身的实现也是有局限的:能打开的文件描述符最多不能超过FD_SETSIZE,很容易耗尽;每次从select()返回的描述符组中扫描就绪的描述符需要时间,如果就绪的描述符在末尾时更是如此(epoll特别彻底修复了这个问题)。
- 多进程服务,使用阻塞IO
也称作 accept/fork 模型,每当有客户连线时产生一个新的进程为之服务。这种方式有时是必要的,比如可以通过操作系统获得良好的内存保护,可以以不同的用户身份运行程序,可以让服务运行在不同的目录下面。但是它的缺点也很明显:进程比较占资源,进程切换开销太大,共享某些信息比较麻烦。Apache 1.3就使用了这种模型,MaxClients数很容易就可以达到。
- 多线程服务,使用阻塞IO
也称之 accept/pthread_create模型,有新客户来时创建一个服务线程而不是服务进程。这解决了多进程服务的一些问题,比如它占用资源少,信息共享方便。但是麻烦在于线程仍有可能消耗光,线程切换也需要开销。
- 混合服务方式
所谓的混合服务方式,以打破服务方和客户方之间严格的1:1关系。基本做法是:
新客户到来时创建新的工作线程,当该工作线程检测到网络IO会有延迟时停止处理过程,返回给Server一个延迟处理状态,同时告诉 Server被延迟的文件描述符,延迟超时时间。Server会在合适的时候返回工作线程继续处理。注意这里的工作线程不是通过 pthread_create()创建的,而是被包装在专门用于处理延迟工作的函数里。
这里还有一个问题,工作线程如何检测网络IO会有延迟?方法有很多,比如设置较短的超时时间调用poll(),或者甚至使用非阻塞IO。如果是套接字,可以设置SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIMEO选项,这样更有效率。
除了延迟线程,Server还应提供了未完成线程的支持。
如有有特别耗费时间的操作,你可以在完成部分工作后停止处理,返回给Server一个未完成状态。这样Server会检查工作队列是否有别的线程,如果有则让它们运行,否则让该工作线程继续处理,这可以防止某些线程挨饿。
典型的一个混合服务模型开源实现ServerKit
Serverkit的这些线程支持功能可简化我们的服务程序设计,效率上应该也是有保证的。
2. 队列(queue)
ServerKit提供的队列是一个单向链表,队列的存取是原子操作,如果只有一个执行单元建议不要用,因为原子操作的开销较大。
3. 堆(heap)
malloc()分配内存有一定的局限,比如在多线程的环境里,需要序列化内存分配操作。ServerKit提供的堆管理函数,可快速分配内存,可有效减少分配内存的序列化操作,堆的大小可动态增长,堆有引用计数,这些特征比较适合多线程环境。目前ServerKit堆的最大局限是分配单元必须是固定大小。
4. 日志记录
日志被保存在队列,有一个专门的线程处理队列中的日志记录:它或者调用syslog()写进系统日志,或者通过UDP直接写到远程机器。后者更有效。
5. 读写锁
GNU libc也在pthreads库里实现了读写锁,如果定义了__USE_UNIX98就可以使用。不过ServerKit还提供了读写锁互相转换的函数,这使得锁的应用更为弹性。比如拥有读锁的若干个线程对同一个hash表进行检索,其中一个线程检索到了数据,此时需要修改它,一种办法是获取写锁,但这会导致释放读锁和获取写锁之间存在时间窗,另一种办法是使用ServerKit提供的函数把读锁转换成写锁,无疑这种方式更有效率。
除了以上这些功能,ServerKit还提供了数据库连接池的管理(当前只支持MySQL)和序列化(Sequences),如感兴趣可参见相关的API文档。
二、ServerKit服务模块编写
ServerKit由3部分组成:server程序,负责加载服务模块、解析配置文件、建立数据库连接池;libserver,动态链接库,提供所有功能的库支持,包括server本身也是调用这个库写的;API,编程接口,你编写的服务模块和ServerKit框架进行对话的接口。
ServerKit需要libConfuse解析配置文件,所以出了安装ServerKit,还需要安装libConfuse。关于libConfuse可参考 http://www.nongnu.org/confuse/ 。
下面我们看一个简单的服务模块FOO:
#include <confuse.h>
#include <server.h>
static long int sleep_duration;
static int FOO_construct()
{
fprintf(stderr, "FOO_construct\n");
return 1;
}
static int FOO_prestart(cfg_t *configuration)
{
fprintf(stderr, "FOO_prestart\n");
return 1;
}
static void * FOO_operator(void *foobar)
{
fprintf(stderr, "FOO_operator\n");
for(;;) sleep(sleep_duration);
return NULL;
}
static void FOO_report(void)
{
fprintf(stderr, "FOO_report\n");
}
static cfg_opt_t FOO_config[] = {
CFG_SIMPLE_INT("sleep_duration", &sleep_duration),
CFG_END()
};
static char *FOO_authors[] = {"Vito Caputo <vcaputo@pengaru.com>", NULL};
SERVER_MODULE(FOO,0,0,1,"Example module that does nothing but sleep")
按以下方法编译:
$ gcc -c -fPIC -pthread -D_REENTRANT -g FOO.c
$ gcc -shared -lserver -lconfuse -lpthread -g -e __server_module_main -o FOO.so FOO.o
-e选项指定程序运行入口,这使得你可以直接在命令行敲 ./FOO.so 运行模块。
server程序根据环境变量SERVER_PERSONALITY_PATH定位主目录,并查找主目录下的c11n作为配置文件,动态加载的模块需放在主目录下的modules目录。
$ export SERVER_PERSONALITY_PATH=`pwd`
$ mkdir modules
$ cp FOO.so modules
$ vi c11n
c11n的内容:
identity = "any_id"
FOO {
sleep_duration = 1;
}
identity标识server实例,用ps可看到程序名称形如server.identity,本例为server.any_id。
执行server启动服务程序。
三、ServerKit其他功能缺陷
缺乏daemon模式;
只能运行在Linux box;
DB pool只支持MySQL;
Heap管理内存的功力有限
![](https://img2024.cnblogs.com/blog/35695/202408/35695-20240826070647288-243310440.jpg)