三种类型的企业网站,写作网站排行榜,山西中考考生网上服务平台,轮胎 东莞网站建设在阿里云PHP技术沙龙专场中#xff0c;阿里云邀请到php-nsq作者#xff0c;pecl、Swoole开发组成员吴振宇分享了Swoole进程模型的原理与Swoole协程实现的原理。并结合具体开发案例讲解了Swoole在网络编程中的应用。
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Socket编程
网络编程又可称为Socket编程。编程分为基于Server端开发与基于Client端开发两部分。基于Server端的编程由四大步骤组成开发者首先创建Socket利用bind与listen函数绑定监听地址及相应的端口最后使用accept函数接受来自监听端的请求。Client端的操作较为简便开发者在创建Socket后使用connect函数对服务器端进行连接即可实现。 下图所示为Client端与Server端的协作示意图。Client端首先向Server端发起带有SYN标识的握手请求Server端接受到请求后返回给Client端带有SYN与ACK标识的请求并将Client端中的RCVD文件加载至队列中在三次握手完成之后该文件描述符将被添加至accept队列中等待下一步逻辑处理。 下图所示为Socket编程的实现代码 在Socket编程中Socket的读写状态判断十分重要。Socket可读条件分为以下四条
该套接字接收缓冲区中的数据字节数大于等于套接字接收缓存区低水位。该连接的读半部关闭也就是接收了FIN的TCP连接。有新链接到达可读该套接字是一个listen的监听套接字并且目前已经完成的连接数不为0。有一个Socket有异常错误条件待处理.对于这样的Socket读操作将不会阻塞,并且返回一个错误(-1),errno则设置成明确的错误条件。 以上条件中第一条件与第三条件较为重要。对于TCP和UDP套接字而言缓冲区低水位的值默认为1在默认情况下缓冲区中的数据均为可读。当为Socket收到connect请求,执行了三次握手的第一步接收SYN请求后Socket便处于可读状态。对这样的套接字进行accept操作通常不会阻塞。
对应于Socket可读条件的判断Socket可写条件也分为以下四条
该套接字发送缓冲区中的可用空间字节数大于等于套接字发送缓存区低水位标记时并且该套接字已经成功连接。该连接的写半部关闭。使用非阻塞的connect套接字已建立连接或者connect已经以失败告终。有一个错误的套接字待处理。 下图举了生活中与网络阻塞类似的生活事例来展示该过程。在用户到手机店修手机的过程中用户在手机店不做任何事等待老板将手机修好类似于网络同步阻塞过程用户在店中做些其他工作不时询问老板手机是否修好类似于同步非阻塞过程用户回到家中等待手机店老板修好后的电话类似于异步阻塞过程用户回到家中做其他事情等待老板修好后的电话类似于多路IO 复用、异步非阻塞过程。在一款应用开发初期应用的用户不多服务器相对的要求同样不高此时开发者可以使用多进程策略进行应用的开发以此加快开发效率。下图所示为多进程同步阻塞开发的伪代码。 当业务量扩大系统需要进行优化时开发者可以对每个子进程中的套接字进行监听其伪代码如下图所示。
IO复用与Reactor
当系统的用户及业务量扩大到一定规模时开发者可以使用多路IO复用、Reactor及异步非阻塞等方法对系统进行改进。如下图所示在这些系统调用中Select方法存在内存开销大支持文件描述符数量少的缺点。目前Epoll系统调用方式占据开发的主流位置Epoll方式采用了红黑树的数据结构模式同时拥有就绪列表rdlist当套接字中存在可读或可写的事件时该事件将被直接添加到就绪列表当中从而使系统省去了轮询所有套接字属性的过程提高了系统的执行效率。 1操作系统调度原理
操作系统进程调用时分为正在运行阻塞运行及等待运行三个状态。在处理进程的过程中内核会不断发生中断比如三次握手过程中当ACK发送时内核会触发中断系统此时需要放下正在执行的任务去处理TCP的任务。处理完成后系统结束中断处理并恢复运行被打断的进程。下图所示为操作系统进程调度的一些方法。 在三次握手中系统执行以下三个步骤完成操作系统的调度1.网卡收到数据网卡收到SYN消息触发内核中断系统将直接打断当前执行的进程同时CPU将会把套接字加入到Socket Queue队列当中进行存储。2.中断回调若当前没有新的连接accept将阻塞到系统调用上并将套接字注册到Wait Queue上。3.系统中断回调当新的连接产生时Wait Queue队列将触发回调函数将相应数据加载至rdlist列表中。 若网卡收到ACK消息则继续触发内核中断内核完成标准的三次握手将连接从半连接队列移入连接队列于是 listen Socket有可读事件内核调用listen Socket的Wait Queue的唤醒回调函数将之前阻塞的accept进程置为 Ready调度状态。
2Epoll的在调度中的作用
Epoll主要用来监听Socket的可读可写过程在Epoll创建时开发者需要传对应文件描述符EPOLLIN与EPOLLOUT作为可读与可写的参数标志epoll_wait函数拥有accept的功能会在事件发送后提醒开发者。下图罗列了Epoll中的参数与主要方法。 将Socket创建与accept过程转化为Epoll的代码示意图如下所示。首先将fd作为描述符加入创建好的Epoll中同时把开发者想要监听的可读可写事件也注册入Epoll之中。当listen fd监听到事件时使用accept方法将该fd描述符设为可读事件并再次将其加入到Epoll的监听数组中此时代表真正的客户端连接已接入。 Swoole进程模型与Reactor
Reactor模型的创建与使用较为简单其中含有以下四个方法
Add方法添加一个Socket到Reactor之中。Set方法修改Socket对应的事件如可读可写事件等。Del方法从Reactor中移除相应的对象。Callback方法事件发生后回调指定的函数方法。 Swoole目前使用较多的模式为单线程模式与进程模式。在单线程模式中系统使用Worker监听accept与链接当Worker挂掉后会对系统产生一些影响。进程模式的Swoole解决了这些问题。下图为两种模式的详细对比。在进程模式中系统采用MainReactor线程监听accept线程将出现的问题抛给Worker进程进行处理这样即使单个Worker进程挂掉也不会对系统产生任何的影响。下图所示为进程模式的系统结构示意图。 下图展示了对Swoole模式的调用代码示意。在用户使用客户端去连接服务器的过程中系统首先注册可读可写与超时三个状态回调函数。客户端与服务器连接成功时套接字变为可写状态系统调用可写状态的回调函数在回调函数中处理相关的数据。 Swoole协程实现原理
Swoole协程是由事件驱动与栈切换两步共同实现完成的。 在C语言环境中事件的调用往往使用堆栈进行处理。在堆栈中指针EBP指向堆栈栈底指针ESP指向堆栈栈顶在函数调用之后每个EBP的返回值会返回上一个EBP的地址。以此来进行事件调用的检索。下图所示为C语言中的事件调用示意图。 在PHP中的函数调用步骤如下图所示。PHP首先通过词法分析与语法分析将代码编译成语法树语法树中的每一个语法会被编译入opcode语法中的每一个函数会以oparray的形式存入结构体EG中EG结构体使用函数表对这些函数进行存储。 当函数调用时结构体中的call对应指针ESPprev对应于指针EBP。当用户调取函数时系统会向zend VM中为每一个方法申请一个堆栈的内存。当系统中一个函数调用其他函数时会调用code下方储存的地址调用方法的opcode从function存储的成员中找到并进行编译与执行。当触发了opcode后系统会申请一个新的内存来进行新的内存分配。下图为PHP调用示意图。 下图所示为在PHP函数调用中压栈的过程及函数中存在的opcode。FCALL与DO_FCALL负责函数的调用当堆栈中第一个opcode执行时将进行参数压栈的操作。触发函数调用时将执行DO_FCALL操作系统将会把下一个函数的调用地址压入堆栈。当调用有结果后系统会将返回值返回入CALL FRAME中。 下图所示为Swoole协程代码。协程代码包括两个执行网络IO操作的go函数当系统执行connect操作时触发网络IO操作并将当前的PHP调用栈先保存起来。在当前调用栈保存好后系统顺次执行下面的函数调用。当connect遇到IO函数时系统会跳出当前任务去执行堆栈中储存的任务。 在Swoole2.0中使用C函数进行线程任务的协程。当开发者调用setjmp时函数的返回值为0并调起first函数。当调用longjmp时setjmp也同样被调起此时返回值为1。Swoole2.0利用该代码实现了PHP执行的跳转代码示意图如下。 Swoole2.0协程时序图与代码展示如下图所示。setjump方法设置当前函数堆栈当有网络事件产生时系统将首先对产生的事件进行注册并在有事件通知时跳回执行中的代码以此完成代码协程过程。 Swoole4.0通过实现C堆栈对Swoole2.0中的问题进行了改进。在Swoole4.0中用户直接调用MySQL中的链接直接就可以形成网络协程。下图所示为Swoole4.0内核系统架构示意图。 Swoole4.0的时序调度与Swoole2.0差别不大不同的是Swoole4.0使用汇编指令对C栈与堆栈进行了存储。在协程创建时系统会产生C栈与PHP栈两个堆栈间会进行通信通过这种方法解决了C栈销毁后的一些问题。下图展现了Swoole4.0的时序图。 当系统链接数量增多后会出现一些问题开发者通过设置心跳参数与心跳收回可以保证系统服务器的资源不会被浪费。下图列举了Swoole网络编程对系统进行优化的方式。 总结
下图为吴老师分享的内容的关键词总结。 原文链接 本文为云栖社区原创内容未经允许不得转载。
