libevent源码深度剖析六

——初见事件处理框架
张亮

前面已经对libevent的事件处理框架和event结构体做了描述，现在是时候剖析libevent对事件的详细处理流程了，本节将分析libevent的事件处理框架event_base和libevent注册、删除事件的具体流程，可结合前一节libevent对event的管理。

1 事件处理框架-event_base

回想Reactor模式的几个基本组件，本节讲解的部分对应于Reactor框架组件。在libevent中，这就表现为event_base结构体，结构体声明如下，它位于event-internal.h文件中：

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struct event_base {
const struct eventop *evsel;
void *evbase;　
int event_count; /* counts number of total events */
int event_count_active; /* counts number of active events */
int event_gotterm; /* Set to terminate loop */
int event_break; /* Set to terminate loop immediately */
/* active event management */
struct event_list **activequeues;
int nactivequeues;
/* signal handling info */
struct evsignal_info sig;
struct event_list eventqueue;
struct timeval event_tv;
struct min_heap timeheap;
struct timeval tv_cache;
};

下面详细解释一下结构体中各字段的含义。
1）evsel和evbase这两个字段的设置可能会让人有些迷惑，这里你可以把evsel和evbase看作是类和静态函数的关系，比如添加事件时的调用行为：evsel->add(evbase, ev)，实际执行操作的是evbase；这相当于class::add(instance, ev)，instance就是class的一个对象实例。
evsel指向了全局变量static const struct eventop *eventops[]中的一个；
前面也说过，libevent将系统提供的I/O demultiplex机制统一封装成了eventop结构；因此eventops[]包含了select、poll、kequeue和epoll等等其中的若干个全局实例对象。
evbase实际上是一个eventop实例对象；
先来看看eventop结构体，它的成员是一系列的函数指针, 在event-internal.h文件中：
struct eventop {
const char *name;
void *(*init)(struct event_base *); // 初始化
int (*add)(void *, struct event *); // 注册事件
int (*del)(void *, struct event *); // 删除事件
int (*dispatch)(struct event_base *, void *, struct timeval *); // 事件分发
void (*dealloc)(struct event_base *, void *); // 注销，释放资源
/* set if we need to reinitialize the event base */
int need_reinit;
};
也就是说，在libevent中，每种I/O demultiplex机制的实现都必须提供这五个函数接口，来完成自身的初始化、销毁释放；对事件的注册、注销和分发。
比如对于epoll，libevent实现了5个对应的接口函数，并在初始化时并将eventop的5个函数指针指向这5个函数，那么程序就可以使用epoll作为I/O demultiplex机制了，这个在后面会再次提到。
2）activequeues是一个二级指针，前面讲过libevent支持事件优先级，因此你可以把它看作是数组，其中的元素activequeues[priority]是一个链表，链表的每个节点指向一个优先级为priority的就绪事件event。
3）eventqueue，链表，保存了所有的注册事件event的指针。
4）sig是由来管理信号的结构体，将在后面信号处理时专门讲解；
5）timeheap是管理定时事件的小根堆，将在后面定时事件处理时专门讲解；
6）event_tv和tv_cache是libevent用于时间管理的变量，将在后面讲到；
其它各个变量都能因名知意，就不再啰嗦了。

2 创建和初始化event_base

创建一个event_base对象也既是创建了一个新的libevent实例，程序需要通过调用event_init()（内部调用event_base_new函数执行具体操作）函数来创建，该函数同时还对新生成的libevent实例进行了初始化。
该函数首先为event_base实例申请空间，然后初始化timer mini-heap，选择并初始化合适的系统I/O 的demultiplexer机制，初始化各事件链表；
函数还检测了系统的时间设置，为后面的时间管理打下基础。

3 接口函数

前面提到Reactor框架的作用就是提供事件的注册、注销接口；根据系统提供的事件多路分发机制执行事件循环，当有事件进入“就绪”状态时，调用注册事件的回调函数来处理事件。
Libevent中对应的接口函数主要就是：

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int event_add(struct event *ev, const struct timeval *timeout);
int event_del(struct event *ev);
int event_base_loop(struct event_base *base, int loops);
void event_active(struct event *event, int res, short events);
void event_process_active(struct event_base *base);

本节将按介绍事件注册和删除的代码流程，libevent的事件循环框架将在下一节再具体描述。
对于定时事件，这些函数将调用timer heap管理接口执行插入和删除操作；对于I/O和Signal事件将调用eventopadd和delete接口函数执行插入和删除操作（eventop会对Signal事件调用Signal处理接口执行操作）；这些组件将在后面的内容描述。
1）注册事件
函数原型：
int event_add(struct event *ev, const struct timeval *tv)
参数：ev：指向要注册的事件；
tv：超时时间；
函数将ev注册到ev->ev_base上，事件类型由ev->ev_events指明，如果注册成功，ev将被插入到已注册链表中；如果tv不是NULL，则会同时注册定时事件，将ev添加到timer堆上；
如果其中有一步操作失败，那么函数保证没有事件会被注册，可以讲这相当于一个原子操作。这个函数也体现了libevent细节之处的巧妙设计，且仔细看程序代码，部分有省略，注释直接附在代码中。

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int event_add(struct event *ev, const struct timeval *tv)
{
struct event_base *base = ev->ev_base; // 要注册到的event_base
const struct eventop *evsel = base->evsel;
void *evbase = base->evbase; // base使用的系统I/O策略
// 新的timer事件，调用timer heap接口在堆上预留一个位置
// 注：这样能保证该操作的原子性：
// 向系统I/O机制注册可能会失败，而当在堆上预留成功后，
// 定时事件的添加将肯定不会失败；
// 而预留位置的可能结果是堆扩充，但是内部元素并不会改变
if (tv != NULL && !(ev->ev_flags & EVLIST_TIMEOUT)) {
if (min_heap_reserve(&base->timeheap,
1 + min_heap_size(&base->timeheap)) == -1)
return (-1); /* ENOMEM == errno */
}
// 如果事件ev不在已注册或者激活链表中，则调用evbase注册事件
if ((ev->ev_events & (EV_READ|EV_WRITE|EV_SIGNAL)) &&
!(ev->ev_flags & (EVLIST_INSERTED|EVLIST_ACTIVE))) {
res = evsel->add(evbase, ev);
if (res != -1) // 注册成功，插入event到已注册链表中
event_queue_insert(base, ev, EVLIST_INSERTED);
}
// 准备添加定时事件
if (res != -1 && tv != NULL) {
struct timeval now;
// EVLIST_TIMEOUT表明event已经在定时器堆中了，删除旧的
if (ev->ev_flags & EVLIST_TIMEOUT)
event_queue_remove(base, ev, EVLIST_TIMEOUT);
// 如果事件已经是就绪状态则从激活链表中删除
if ((ev->ev_flags & EVLIST_ACTIVE) &&
(ev->ev_res & EV_TIMEOUT)) {
// 将ev_callback调用次数设置为0
if (ev->ev_ncalls && ev->ev_pncalls) {
*ev->ev_pncalls = 0;
}
event_queue_remove(base, ev, EVLIST_ACTIVE);
}
// 计算时间，并插入到timer小根堆中
gettime(base, &now);
evutil_timeradd(&now, tv, &ev->ev_timeout);
event_queue_insert(base, ev, EVLIST_TIMEOUT);
}
return (res);
}
event_queue_insert()负责将事件插入到对应的链表中，下面是程序代码；
event_queue_remove()负责将事件从对应的链表中删除，这里就不再重复贴代码了；
void event_queue_insert(struct event_base *base, struct event *ev, int queue)
{
// ev可能已经在激活列表中了，避免重复插入
if (ev->ev_flags & queue) {
if (queue & EVLIST_ACTIVE)
return;
}
// ...
ev->ev_flags |= queue; // 记录queue标记
switch (queue) {
case EVLIST_INSERTED: // I/O或Signal事件，加入已注册事件链表
TAILQ_INSERT_TAIL(&base->eventqueue, ev, ev_next);
break;
case EVLIST_ACTIVE: // 就绪事件，加入激活链表
base->event_count_active++;
TAILQ_INSERT_TAIL(base->activequeues[ev->ev_pri], ev, ev_active_next);
break;
case EVLIST_TIMEOUT: // 定时事件，加入堆
min_heap_push(&base->timeheap, ev);
break;
}
}

2）删除事件：
函数原型为：int event_del(struct event *ev);
该函数将删除事件ev，对于I/O事件，从I/O 的demultiplexer上将事件注销；对于Signal事件，将从Signal事件链表中删除；对于定时事件，将从堆上删除；
同样删除事件的操作则不一定是原子的，比如删除时间事件之后，有可能从系统I/O机制中注销会失败。

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int event_del(struct event *ev)
{
struct event_base *base;
const struct eventop *evsel;
void *evbase;
// ev_base为NULL，表明ev没有被注册
if (ev->ev_base == NULL)
return (-1);
// 取得ev注册的event_base和eventop指针
base = ev->ev_base;
evsel = base->evsel;
evbase = base->evbase;
// 将ev_callback调用次数设置为
if (ev->ev_ncalls && ev->ev_pncalls) {
*ev->ev_pncalls = 0;
}
// 从对应的链表中删除
if (ev->ev_flags & EVLIST_TIMEOUT)
event_queue_remove(base, ev, EVLIST_TIMEOUT);
if (ev->ev_flags & EVLIST_ACTIVE)
event_queue_remove(base, ev, EVLIST_ACTIVE);
if (ev->ev_flags & EVLIST_INSERTED) {
event_queue_remove(base, ev, EVLIST_INSERTED);
// EVLIST_INSERTED表明是I/O或者Signal事件，
// 需要调用I/O demultiplexer注销事件
return (evsel->del(evbase, ev));
}
return (0);
}

4 小节
分析了event_base这一重要结构体，初步看到了libevent对系统的I/O demultiplex机制的封装event_op结构，并结合源代码分析了事件的注册和删除处理，下面将会接着分析事件管理框架中的主事件循环部分。