Lighttpd1.4.20源码分析之fdevent系统（1）---fdevents结构体和fdevent系统对外接口
前面讲了lighttpd的插件系统，这一篇将看一看lighttpd中的fdevent系统。fdevent系统主要是处理各种IO事件，在web服务器中，主要就是向socket写数据和从socket读数据。通常，web服务器是IO密集型程序，这就要求在数据的读写上，web服务器必须能够具有很好的性能，不会因为某个socket的阻塞而致使其他socket也被阻塞，否则会大大降低服务器的性能。因此，大部分的web服务器都采用非阻塞IO进行数据的读写。lighttpd通过fdevent系统，采用类似OO中面向对象的方式将对IO事件的处理进行封装，对于不同的IO系统，提供一个统一的接口。
lighttpd采用了所谓的Reactor模式，也就是非阻塞IO加多路复用（non-blocking IO + IO multiplexing）。在多路复用上，lighttpd通过fdevent将各种不同的实现进行封装。lighttpd使用的多路IO有如下几个：
下面看一下fdevent.h中fdevents结构体，这个结构体相当于是一个虚基类，其中的函数指针是纯虚函数。对于每种实现，则相当于是继承了这个基类并实现了其中的纯虚函数，也就是给函数指针赋一个函数地址值。下面是代码：
1 typedef struct fdevents
2 {
3 fdevent_handler_t type; //多路IO类型
4 fdnode **fdarray; //文件描述符数组
5 size_t maxfds; //最大的文件描述符数
6
7 #ifdef USE_LINUX_SIGIO
8 int in_sigio;
9 int signum;
10 sigset_t sigset;
11 siginfo_t siginfo;
12 bitset *sigbset;
13 #endif
14
15 #ifdef USE_LINUX_EPOLL
16 int epoll_fd;
17 struct epoll_event *epoll_events;
18 #endif
19
20 #ifdef USE_POLL
21 struct pollfd *pollfds; //描述符及其状态的结构体数组
22 size_t size; //数组中数据的个数
23 size_t used; //数组的大小
24 //用于存储pollfds中为使用的位置。
25 //由于可能的删除操作，会是pollfds中存在空档，将这些空档
26 //的索引存在unused中，便于下次插入操作时直接使用这些空档
27 //减少空间的浪费。
28 buffer_int unused;
29 #endif
30
31 #ifdef USE_SELECT
32 //三个文件描述符集合
33 fd_set select_read; //可读，对应FDEVENT_IN
34 fd_set select_write; //可写，对应FDEVENT_OUT
35 fd_set select_error; //处于异常条件，对应FDEVENT_ERR
36 //由于select函数会修改上面的三个集合，
37 //因此，在这里保存一个初始的副本。
38 fd_set select_set_read;
39 fd_set select_set_write;
40 fd_set select_set_error;
41 int select_max_fd; //最大的文件描述符数。
42 #endif
43
44 #ifdef USE_SOLARIS_DEVPOLL
45 int devpoll_fd;
46 struct pollfd *devpollfds;
47 #endif
48
49 #ifdef USE_FREEBSD_KQUEUE
50 int kq_fd;
51 struct kevent *kq_results;
52 bitset *kq_bevents;
53 #endif
54
55 #ifdef USE_SOLARIS_PORT
56 int port_fd;
57 #endif
58
59 //统一的操作接口,与后面的函数声明对应。
60 int (*reset) (struct fdevents * ev);
61 void (*free) (struct fdevents * ev);
62 int (*event_add) (struct fdevents * ev, int fde_ndx, int fd, int events);
63 int (*event_del) (struct fdevents * ev, int fde_ndx, int fd);
64 int (*event_get_revent) (struct fdevents * ev, size_t ndx);
65 int (*event_get_fd) (struct fdevents * ev, size_t ndx);
66 int (*event_next_fdndx) (struct fdevents * ev, int ndx);
67 int (*poll) (struct fdevents * ev, int timeout_ms);
68 int (*fcntl_set) (struct fdevents * ev, int fd);
69 } fdevents;
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可以看到这个结构体中使用很多宏，这是为了在编译的时候去掉那些没有使用到的变量，根据当前所使用的多路IO系统，对这个结构体进行定制。
结构体的第一个成员是一个枚举类型fdevent_handler_t，定义如下：
1 typedef enum
2 {
3 FDEVENT_HANDLER_UNSET, //未定义
4 FDEVENT_HANDLER_SELECT, //select
5 FDEVENT_HANDLER_POLL, //poll
6 FDEVENT_HANDLER_LINUX_RTSIG, //rtsig
7 FDEVENT_HANDLER_LINUX_SYSEPOLL, //sysepoll
8 FDEVENT_HANDLER_SOLARIS_DEVPOLL, //devpoll
9 FDEVENT_HANDLER_FREEBSD_KQUEUE, //kqueue
10 FDEVENT_HANDLER_SOLARIS_PORT //port
11 } fdevent_handler_t;
这个枚举类型标记了所有可能用到的多路IO系统。
结构体中的第二个成员fdnode **fdarray;，是一个fdnode类型变量的数组。fdnode的定义如下：
1 typedef struct _fdnode
2 {
3 fdevent_handler handler; //处理函数指针
4 void *ctx; //文件描述符的context
5 int fd; //文件描述符
6 struct _fdnode *prev, *next; //指针
7 } fdnode;
fdevent_handler handler是一个函数指针，用来存储这个描述符处理函数的地址。关于这个地址，后面的文章中将会有详细的介绍，其定义为typedef handler_t(*fdevent_handler) (void *srv, void *ctx, int revents);。从最后两个变量可以看出，这应该是一个链表的节点，但是，这个结构体是以数组的形式存储的，也就是fdevents中的fdarray变量，这样可以提高查询的效率。
后面由宏包裹的变量就是对于各个不同的多路IO系统定义的变量。我们着重看一看linux下的epoll所使用的变量：
1 #ifdef USE_LINUX_EPOLL
2 int epoll_fd; //epoll_create返回的描述符
3 struct epoll_event *epoll_events;//保存fd及对应的事件
4 #endif
这里要说明一下poll使用的变量buffer_init unused。这个变量的类型的定义如下：
1 typedef struct
2 {
3 int *ptr; //位置索引数组。
4 size_t used; //数组中数据个数。
5 size_t size; //数组长度。
6 } buffer_int;
其实就是一个int数组，只不过封装了一下，增加了两个属性。unused数组中存放的是pollfds的下标值。在后面的实现中我们可以看到，pollfds是一个struct pollfd类型数组，注意，不是这个类型的指针的数组。这个数组的大小是根据fdevents中的maxfds的值定的，并且在初始化的时候数组的空间也一次性分配好。由于对pollfds数组有删除元素的操作，因此，会在数组中留下“洞”，而ununsd就是存储这些“洞”的下标值，便于在插入元素时，快速的找到位置。这是一个很有用的技巧，在对数据进行反复的删除插入元素操作时，可以提高效率。大多数情况下使用栈链表来存储这些可用空间的下标，栈顶指向链表头。
其余的变量读者可自行分析。
接下来看看这些函数指针。这些函数指针对应与结构体定义后面的一系列函数声明。从名字中可以轻易的看出对应关系。
1 /*
2 * 重置和释放fdevent系统。
3 */
4 int fdevent_reset(fdevents * ev);
5 void fdevent_free(fdevents * ev);
6 /*
7 * 将fd增加到fd event系统中。events是要对fd要监听的事件。
8 * fde_ndx是fd对应的fdnode在ev->fdarray中的下标值的指针。
9 * 如果fde_ndx==NULL，则表示在fd event系统中增加fd。如果不为NULL，则表示这个
10 * fd已经在系统中存在，这个函数的功能就变为将对fd监听的事件变为events。
11 */
12 int fdevent_event_add(fdevents * ev, int *fde_ndx, int fd, int events);
13 /*
14 * 从fd event系统中删除fd。 fde_ndx的内容和上面的一致。
15 */
16 int fdevent_event_del(fdevents * ev, int *fde_ndx, int fd);
17 /*
18 * 返回ndx对应的fd所发生的事件。
19 * 这里的ndx和上面的fde_ndx不一样，这个ndx是ev->epoll_events中epoll_event结构体的下标。
20 * 第一次调用的时候，通常ndx为-1。
21 * 这个ndx和其对应的fd没有关系。而fde_ndx等于其对应的fd。
22 */
23 int fdevent_event_get_revent(fdevents * ev, size_t ndx);
24 /*
25 * 返回ndx对应的fd。
26 */
27 int fdevent_event_get_fd(fdevents * ev, size_t ndx);
28 /*
29 * 返回下一个发生IO事件的fd。
30 */
31 int fdevent_event_next_fdndx(fdevents * ev, int ndx);
32 /*
33 * 开始等待IO事件。timeout_ms是超时限制。
34 */
35 int fdevent_poll(fdevents * ev, int timeout_ms);
36 /**
37 * 设置fd的状态，通常是设置为运行exec在子进程中关闭和非阻塞。
38 */
39 int fdevent_fcntl_set(fdevents * ev, int fd);
在fdevent.c文件中，这些函数的实现基本上都是简单的调用fdevents结构体中对应的函数指针。对于lighttpd，通过调用上面的这些函数完成IO事件的处理，对于具体到底是谁处理了这些事件，lighttpd并不知道，也不关心。
剩下的函数声明：
1 /*
2 * 返回fd对应的事件处理函数地址。也就是fdnode中handler的值。
3 */
4 fdevent_handler fdevent_get_handler(fdevents * ev, int fd);
5 /*
6 * 返回fd对应的环境。也就是fdnode中ctx的值。
7 */
8 void *fdevent_get_context(fdevents * ev, int fd);
9
10 /*
11 * 注册和取消注册fd。
12 * 就是生成一个fdnode，然后保存在ev->fdarray中。或者删除之。
13 */
14 int fdevent_register(fdevents * ev, int fd, fdevent_handler handler, void *ctx);
15 int fdevent_unregister(fdevents * ev, int fd);
16 /**
17 * 初始化各种多路IO。
18 */
19 int fdevent_select_init(fdevents * ev);
20 int fdevent_poll_init(fdevents * ev);
21 int fdevent_linux_rtsig_init(fdevents * ev);
22 int fdevent_linux_sysepoll_init(fdevents * ev);
23 int fdevent_solaris_devpoll_init(fdevents * ev);
24 int fdevent_freebsd_kqueue_init(fdevents * ev);
下面总结一下：
文件fdevent.h中声明的一系列函数就是fdevent系统对外的接口，这相当与类的公有函数。lighttpd通过调用这些函数来实现IO事件的处理。在这些函数的具体实现仅仅是简单的调用了fdevents结构体中的函数指针。而这写函数指针所对应的函数分别定义在以fdevent_开头的.c文件中。从这些文件的名字可以看出其所对应的IO系统。在这些文件中，函数大多是static，这就行当与类的私有函数，起到隐藏具体实现的效果。后面的问装中我们会具体的分析一个多路IO系统的使用。
lighttpd作者对fdevent系统封装相当的出彩，对于理解在C中使用面向对象的方式编程具有很好的帮助。
下一篇中将看一看fdevent系统的初始化和使用。
