摘要: 由于linux内核中的struct list_head已经定义了指向前驱的prev指针和指向后继的next指针,并且提供了相关的链表操作方法,因此为方便复用,本文在它的基础上封装实现了一种使用开链法解决冲突的通用内核Hash表glib_htable,提供了初始化、增加、查找、删除、清空和销毁6种操作,除初始化和销毁外,其它操作都做了同步,适用于中断和进程上下文。...
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2015-09-15 17:18 春秋十二月 阅读(2117) |
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nginx的域名解析器使用已连接udp(收发前先调用ngx_udp_connect)发送dns查询、接收dns响应,如上篇
tcp异步连接所讲,iocp需要先投递udp的接收操作,才能引发接收完成的事件,因此要对域名解析器和udp异步接收作些改进。
发送后投递
dns查询由ngx_resolver_send_query函数实现,定义在core/ngx_resolver.c中。
1
static ngx_int_t ngx_resolver_send_query(ngx_resolver_t *r, ngx_resolver_node_t *rn)
2

{
3

4
if (rn->naddrs == (u_short) -1)
{
5
n = ngx_send(uc->connection, rn->query, rn->qlen);
6

7
}
8
9
#if (NGX_HAVE_INET6)
10
if (rn->query6 && rn->naddrs6 == (u_short) -1)
{
11
n = ngx_send(uc->connection, rn->query6, rn->qlen);
12

13
}
14
#endif
15
16
#if (NGX_WIN32)
17
if (ngx_event_flags & NGX_USE_IOCP_EVENT)
{
18
uc->connection->read->ready = 1;
19
ngx_resolver_read_response(uc->connection->read);
20
}
21
#endif
22
23
return NGX_OK;
24
}
当nginx用于代理连接上游服务器前,要先解析域名,首次调用链为:
ngx_http_upstream_init_request->
ngx_resolver_name->
ngx_resolver_name_locked->
ngx_resolver_send_query;若5s(单次超时)后还没收到dns响应,则再发送1次查询,调用链为:
ngx_resolver_resend_handler->
ngx_resolver_resend->
ngx_resolver_send_query,如此反复,直到收到响应或30s(默认总超时)后不再发送查询。它调用ngx_send发送dns查询,16行~21行代码为笔者添加,ngx_resolver_read_response函数用于接收并分析dns响应报文,它会调用到下面的ngx_udp_overlapped_wsarecv函数。
异步接收
由ngx_udp_overlapped_wsarecv函数实现,定义在os/win32/ngx_udp_wsarecv.c中。
1
ssize_t ngx_udp_overlapped_wsarecv(ngx_connection_t *c, u_char *buf, size_t size)
2

{
3
int flags, rc;
4
WSABUF wsabuf;
5
ngx_err_t err;
6
ngx_event_t *rev;
7
WSAOVERLAPPED *ovlp;
8
u_long bytes;
9
10
rev = c->read;
11
12
if (!rev->ready)
{
13
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, c->log, 0, "ngx_udp_overlapped_wsarecv second wsa post");
14
return NGX_AGAIN;
15
}
16
17
if (rev->complete)
{
18
if (ngx_event_flags & NGX_USE_IOCP_EVENT)
{
19
if (rev->ovlp.error && rev->ovlp.error != ERROR_MORE_DATA)
{
20
ngx_connection_error(c, rev->ovlp.error, "ngx_udp_overlapped_wsarecv() failed");
21
return NGX_ERROR;
22
}
23
}
24

25
rev->complete = 0;
26
}
27
28
ovlp = NULL;
29
wsabuf.buf = (CHAR *) buf;
30
wsabuf.len = (ULONG) size;
31
flags = 0;
32
33
retry:
34
rc = WSARecv(c->fd, &wsabuf, 1, (DWORD*)&bytes, (LPDWORD)&flags, ovlp, NULL);
35
36
if (rc == -1)
{
37
rev->ready = 0;
38
err = ngx_socket_errno;
39
40
if (err == WSA_IO_PENDING)
{
41
return NGX_AGAIN;
42
}
43
44
if (err == WSAEWOULDBLOCK)
{
45
if (ngx_event_flags & NGX_USE_IOCP_EVENT)
{
46
rev->ovlp.type = NGX_IOCP_IO;
47
ovlp = (WSAOVERLAPPED *)&rev->ovlp;
48
ngx_memzero(ovlp, sizeof(WSAOVERLAPPED));
49
50
wsabuf.buf = NULL;
51
wsabuf.len = 0;
52
flags = MSG_PEEK;
53
54
goto retry;
55
}
56
57
return NGX_AGAIN;
58
}
59
60
ngx_connection_error(c, err, "ngx_udp_overlapped_wsarecv() failed");
61
rev->error = 1;
62
63
return NGX_ERROR;
64
}
65
66
if ((ngx_event_flags & NGX_USE_IOCP_EVENT) && ovlp)
{
67
rev->ready = 0;
68
return NGX_AGAIN;
69
}
70
71
return bytes;
72
}
先以非阻塞方式接收,若发生WSAWOULDBLOCK错误,则使用MSG_PEEK标志投递一个0字节的重叠接收操作,当dns响应返回时发生完成事件,会再次进入ngx_resolver_read_response而调用到该函数,此时rev->complete为1,rev->ovlp.error为ERROR_MORE_DATA(GetQueuedCompletionStatus返回的错误),由于使用了MSG_PEEK,因此数据还在接收缓冲区中,要忽略ERROR_MORE_DATA而继续接收,这时就能成功了。不管WSARecv返回WSA_IO_PENDING错误还是成功,iocp都会得到完成通知,所以这里当重叠操作投递成功时,返回NGX_AGAIN,便于在回调内统一处理。
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2015-06-25 17:01 春秋十二月 阅读(5922) |
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iocp是Windows NT操作系统的一种高效IO模型,对应于Linux中的epoll和FreeBSD中的kqueue,nginx对ske(select、kqueue和epoll的首写字母组合)的支持很好,但截止到1.6.2版本,还不支持iocp。由于ske都是反应器模式,即先注册IO事件,当IO事件发生(读写通知)时,在其回调内主动调用API来读或写数据;而iocp是前摄器模式,要先投递IO操作,才能引发IO事件(完成通知)的发生,在其回调内数据已被动由操作系统读或写完成。因此,iocp的特点决定了nginx对它的支持与ske有所不同。通过hg clone
http://hg.nginx.org/nginx下载的nginx源代码,虽然实现了iocp事件模块、异步接受连接、部分异步读写,但根本不能正常工作,而且不支持异步连接和SCM服务控制,笔者在参考ske模块的实现基础上,改进支持了如下特性:
1. 异步接受连接时的负载均衡
2. 正反向代理的异步连接
3. 异步聚合读写
4. 域名解析时的UDP异步接收
5. 异步文件传输
6. SCM服务控制
由于2、4、6均为原创,其它几点的思路皆源于ske模块的实现(只是平台API不同),因此本文先阐述异步连接的实现。为了兼容select事件模块,所有iocp相关的代码使用NGX_HAVE_IOCP宏和(或)NGX_USE_IOCP_EVENT标志包围,其中NGX_HAVE_IOCP宏用于条件编译,在WIN32平台下,定义为1;当选择的事件模块为iocp时,全局变量ngx_event_flags才包含NGX_USE_IOCP_EVENT标志。
异步连接对端
由ngx_event_connect_peer函数(这里省去了与异步连接无关的代码)实现,定义在event/ngx_event_connect.c中,因为connect不支持异步连接事件的完成通知,所以要使用扩展API ConnectEx。
1
ngx_int_t ngx_event_connect_peer(ngx_peer_connection_t *pc)
2

{
3
int rc;
4
ngx_int_t event;
5
ngx_err_t err;
6
ngx_uint_t level,family;
7
ngx_socket_t s;
8
ngx_event_t *rev, *wev;
9

10
s = ngx_socket(family = pc->sockaddr->sa_family, SOCK_STREAM, 0);
11
12
#if (NGX_HAVE_IOCP)
13
if((pc->local==NULL||pc->local->sockaddr->sa_family != family)
14
&& (ngx_event_flags & NGX_USE_IOCP_EVENT))
{
15
if(ngx_iocp_set_localaddr(pc->log,family,&pc->local) != NGX_OK)
16
goto failed;
17
}
18
#endif
19
20
21
#if (NGX_HAVE_IOCP)
22
if(ngx_event_flags&NGX_USE_IOCP_EVENT)
{
23
LPWSAOVERLAPPED ovlp;
24
ovlp = (LPWSAOVERLAPPED)&wev->ovlp;
25
ngx_memzero(ovlp,sizeof(WSAOVERLAPPED));
26
wev->ovlp.type = NGX_IOCP_CONNECT;
27
rc = ngx_connectex(s,pc->sockaddr,pc->socklen,NULL,0,NULL,ovlp) ? 0 : -1;
28
29
}else
30
rc = connect(s, pc->sockaddr, pc->socklen);
31
#else
32
rc = connect(s, pc->sockaddr, pc->socklen);
33
#endif
34
35
if (rc == -1)
{
36
err = ngx_socket_errno;
37
if (err != NGX_EINPROGRESS
38
#if (NGX_WIN32)
39
/**//* Winsock returns WSAEWOULDBLOCK (NGX_EAGAIN) */
40
&& err != NGX_EAGAIN
41
#if (NGX_HAVE_IOCP)
42
&& err != WSA_IO_PENDING
43
#endif
44
#endif
45
)
{
46

47
ngx_log_error(level, c->log, err, "connect() to %V failed", pc->name);
48
ngx_close_connection(c);
49
pc->connection = NULL;
50
51
return NGX_DECLINED;
52
}
53
}
54

55
}
调用ConnectEx前要先bind本地地址,不然发生WSAEINVAL错误;由于域名解析可能返回IPv6记录,导致创建本地套接字的地址族为AF_INET6,因此bind时需要匹配IPv6地址,不然发生WSAEFAULT错误,导致nginx返回
Internal Server Error错误给前端,因此绑定前要调用
ngx_iocp_set_localaddr设定正确的本地地址,当且仅当pc->local为空或地址族不匹配时。
本地初始化与设定
支持IPv6,实现在event/modules/ngx_iocp_module.c。
地址变量定义如下。
1
static struct sockaddr_in sin;
2
#if (NGX_HAVE_INET6)
3
static struct sockaddr_in6 sin6;
4
#endif
5
static ngx_addr_t local_addr;
sin对应IPv4,sin6对应IPv6,作为bind的套接字本地地址。
sin和sin6在启动iocp事件模块时调用ngx_iocp_init初始化。
1
static ngx_int_t ngx_iocp_init(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer)
2

{
3

4
sin.sin_family = AF_INET;
5
sin.sin_port = 0;
6
sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
7
8
#if (NGX_HAVE_INET6)
9
sin6.sin6_family = AF_INET6;
10
sin6.sin6_port = 0;
11
sin6.sin6_addr = in6addr_any;
12
#endif
13
14
local_addr.name.len = sizeof("INADDR_ANY") - 1;
15
local_addr.name.data = (u_char *)"INADDR_ANY";
16

17
}
不论IP地址或端口,都指定为0,表示由系统自动分配出口IP地址和未占用的端口。
本地设定由ngx_iocp_set_localaddr实现。
1
ngx_int_t ngx_iocp_set_localaddr(ngx_log_t *log, in_port_t family, ngx_addr_t **local)
2

{
3
struct sockaddr *sa;
4
socklen_t len;
5
6
if(AF_INET == family)
{
7
sa = &sin;
8
len = sizeof(struct sockaddr_in);
9
}
10
#if (NGX_HAVE_INET6)
11
else if(AF_INET6 == family)
{
12
sa = &sin6;
13
len = sizeof(struct sockaddr_in6);
14
}
15
#endif
16
else
{
17
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, log, 0, "not supported address family");
18
return NGX_ERROR;
19
}
20
21
local_addr.sockaddr = sa;
22
local_addr.socklen = len;
23
*local = &local_addr;
24
25
return NGX_OK;
26
}
对于除IPv4和IPv6外的协议族,则记录一个错误日志。必要时也可扩展支持其它的协议族,例如NetBIOS(对应地址族为AF_NETBIOS),但要看ConnectEx是否支持。
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2015-06-24 17:02 春秋十二月 阅读(7004) |
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ICMP在IP系统间传递差错和管理报文,是任何IP系统必须实现的组成部分。Linux 2.6.34中ICMP模块的实现在linux/icmp.h,net/icmp.h和ipv4/icmp.c中,导出了
icmp_err_convert数组和
icmp_send函数,供其它网络子系统使用。在其它网络子系统中,当检测到错误时,调用icmp_send产生并发送相应的ICMP差错消息到源主机;当源主机收到ICMP不可达差错消息,传递到原始套接字和传输层,而它们使用icmp_err_convert把对应的消息代码转换成套接字层比较容易理解的错误代码。在内核空间中可发送的ICMP消息包括查询应答和差错报文,下面总结了产生这两类消息的网络子系统(及函数)与错误转换。
应答消息
应答消息由ICMP模块的内部函数icmp_reply而非icmp_send发送。根据
RFC1122 3.2.2.9规范, 除非一个主机作为地址掩码代理,否则不能发送回复,这对应ICMP的icmp_address实现为空,因此上表没有列出地址掩码应答项(内核符号为ICMP_ADDRESSREPLY)。
差错消息
差错消息由中间路由器或目的主机产生,当数据报不能成功提交给目的主机时。从上表可见,在IP层的接收、本地处理、转发和输出各过程中,都可能产生差错消息;在传输层如果对应的端口没有打开,那么UDP会产生ICMP端口不可达差错,而
TCP则会使用自己的差错处理机制发送一个RST复位包,这也是上表没有列出TCP子系统的原因。对于重定向差错,由ICMP模块的icmp_redirect调用ip_rt_redirect更新路由;其它差错则由icmp_unreach处理。
错误转换
第2列为icmp_err_convert数组索引,第4列也就是调用socket API出错时返回的errno,最后1列为icmp_err_convert中的fatal成员取值,0表示非致命错误,1表示致命错误,需要报告给用户进程。错误转换会被RAW的raw_err、TCP的tcp_v4_err和UDP的udp_err用到,对于ICMP_DEST_UNREACH类型的差错,使用上表转换;ICMP_SOURCE_QUENCH类型的忽略不处理;ICMP_PARAMETERPROB类型的转换成
EPROTO(协议错误);ICMP_TIME_EXCEEDED类型的转换成
EHOSTUNREACH。
在这要注意,从ICMP_PORT_UNREACH到ECONNREFUSED的转换,不适用于TCP,原因已在
上节说明;而对于UDP的
未连接套接字,如果主机在线而端口没打开,调用sendto得不到ECONNREFUSED错误,但recvfrom会阻塞,这是因为虽然内核收到了ICMP差错,但没上报给应用进程。尽管如此,如果想得到ECONNREFUSED错误,那么可以写个ICMP守护进程,应用进程先把它的套接字描述符通过unix域套接口传递到ICMP守护进程,而守护进程使用raw socket来接收ICMP差错,再发给应用进程。
发送限速
不论一般差错消息还是重定向差错消息,发送限速针对的都是特定目标主机。
一般限速
在使用icmp_send发送差错消息(PMTU消息除外)时,为减少网络拥塞而限制了发送的速率,限速由xrlim_allow函数实现,定义在ipv4/icmp.c中。
1
#define XRLIM_BURST_FACTOR 6
2
int xrlim_allow(struct dst_entry *dst, int timeout)
3

{
4
unsigned long now, token = dst->rate_tokens;
5
int rc = 0;
6
7
now = jiffies;
8
token += now - dst->rate_last;
9
dst->rate_last = now;
10
if (token > XRLIM_BURST_FACTOR * timeout)
11
token = XRLIM_BURST_FACTOR * timeout;
12
if (token >= timeout)
{
13
token -= timeout;
14
rc = 1;
15
}
16
dst->rate_tokens = token;
17
return rc;
18
}
dst为目标路由缓存,timeout为允许发送的超时(单位为jiffies),dst->rate_tokens记录令牌的个数,当令牌个数不小于timeout时,则减少timeout并允许发送一个消息;反之则不能发送,需等到令牌个数累积到大于timeout时才能发送,但是不能无限大,否则就会导致在一个可能很短的timeout内,发送远多于6个的消息,引起ICMP风暴,所以这里限制了令牌的最大值为XRLIM_BURST_FACTOR*timeout即6倍的超时,也就是说在一个timeout内,最多能发送6个差错消息。
重定向限速
路由子系统使用ip_rt_send_redirect来发送重定向消息,定义在ipv4/route.c中,该函数内部调用icmp_send实现,在它的限速基础上,使用
指数回退算法控制发送速率。
1
void ip_rt_send_redirect(struct sk_buff *skb)
2

{
3
struct rtable *rt = skb_rtable(skb);
4

5
6
/**//* No redirected packets during ip_rt_redirect_silence;
7
* reset the algorithm.
8
*/
9
if (time_after(jiffies, rt->u.dst.rate_last + ip_rt_redirect_silence))
10
rt->u.dst.rate_tokens = 0;
11
12
/**//* Too many ignored redirects; do not send anything
13
* set u.dst.rate_last to the last seen redirected packet.
14
*/
15
if (rt->u.dst.rate_tokens >= ip_rt_redirect_number)
{
16
rt->u.dst.rate_last = jiffies;
17
return;
18
}
19
20
/**//* Check for load limit; set rate_last to the latest sent
21
* redirect.
22
*/
23
if (rt->u.dst.rate_tokens == 0 || time_after(jiffies, (rt->u.dst.rate_last + (ip_rt_redirect_load << rt->u.dst.rate_tokens))))
{
24
icmp_send(skb, ICMP_REDIRECT, ICMP_REDIR_HOST, rt->rt_gateway);
25
rt->u.dst.rate_last = jiffies;
26
++rt->u.dst.rate_tokens;
27

28
}
29
}
重定向差错使用ip_rt_redirect_silence(默认为(HZ/50)<<10)、ip_rt_redirect_number(默认为9)和ip_rt_redirect_load(默认为HZ/50)3个量来控制发送的速率;rt->u.dst.rate_last记录上次发送的时间,rt->u.dst.rate_tokens累计发送总数,最大值为ip_rt_redirect_number;当两次发送的时间间隔超过ip_rt_redirect_silence或ip_rt_redirect_load<<rt->u.dst.rate_tokens,并且发送总数不超过ip_rt_redirect_number时,才允许发送一个,这样一来,在ip_rt_redirect_silence间隔内,每次发送的超时呈2的指数增长,达到了变减速发送的效果,直到总数达到ip_rt_redirect_number时停止发送,这是因为源主机可能忽略了重定向消息所以停止发送;当ip_rt_redirect_silence时间过后,又允许发送了,这是因为认为源主机没有更新路由所以又需要发送。
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2015-05-18 19:52 春秋十二月 阅读(2551) |
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摘要: 接上篇初始化与创建,本篇阐述Socket操作和销毁两部分的实现。
Socket操作
系统调用read(v)、write(v)是用户空间读写socket的一种方法,为了弄清楚它们是怎么通过VFS将请求转发到特定协议的实现,下面以read为例(write同理),并假定文件描述符对应的是IPv4 TCP类型的socket...
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2015-05-03 16:55 春秋十二月 阅读(4993) |
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摘要: 引言
在Unix的世界里,万物皆文件,通过虚拟文件系统VFS,程序可以用标准的Unix系统调用对不同的文件系统,甚至不同介质上的文件系统进行读写操作。对于网络套接字socket也是如此,除了专属的Berkeley Sockets API,还支持一些标准的文件IO系统调用如read(v)、write(v)和close等。那么为什么socket也支持文件IO系统调...
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2015-05-03 16:31 春秋十二月 阅读(8181) |
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摘要: 字符集合
依据RFC3986 2规范,HTTP URI中允许出现的US-ASCII字符的子集,可以分成保留、未保留及转义这几类,每类的全部字符列表如下
● 保留: : / ? # [ ] @ ! $ & '( ) * + ,; =共18个,一般...
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2015-02-10 18:40 春秋十二月 阅读(4503) |
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摘要: 脚本概述 nginx是一款著名的开源web服务器,为方便升级与恢复,编写了一个简单的脚本,因为升级备份了可执行文件和配置文件(后缀名为old),所以可用于恢复。当升级时,若nginx正在运行,则不中断服务进行平滑升级,否则直接拷贝覆盖;当恢复时,若nginx正在运行,则不中断服务进行平滑恢复,否则直接拷贝覆盖。是否正在运行根据pid来判断,而pid从pid文件读取...
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2015-01-19 00:36 春秋十二月 阅读(1883) |
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摘要: 本文描述了一种简单的跨平台锁框架的设计与实现,该框架小巧实用、易于扩展,它的特点如下:
● 实现了线程间互斥锁
● 实现优化了单线程环境中的空锁和空级别锁
● 支持编译时或运行时选择锁
...
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2014-12-28 23:38 春秋十二月 阅读(2230) |
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众所周知,TLS是指线程局部存储,FIFO是Unix中的命名管道,可用于无关进程间的通信,而本文描述的TLS FIFO是指这样一种机制:如果一个线程在每次IO操作时,若没有连接,则先连接到FIFO服务端,再将连接关联到这个线程的TLS中,这里的连接即创建并打开唯一的FIFO,之后的读写就在这个FIFO连接上进行;当FIFO连接断开时,在下次IO操作时会自动重连。这样一来,用户程序就只要调用相关的IO操作,而不必管理连接,极大地简化了程序。使用FIFO通信前先要创建FIFO再打开它,其中创建是最重要的操作,结果有3种情况:成功、失败和已存在。
结构定义
typedef struct
{
int fd;
char *name;
}ipc_fifo_t;
fd存储FIFO文件描述符,name存储FIFO文件系统路径名。
接口函数
● 创建FIFO
ipc_fifo_t* ipc_fifo_make(const char *path,mode_t mode);
path指定FIFO路径,可以是绝对路径或相对路径,mode指定访问权限,若成功则返回一个FIFO结构,否则为NULL;通常被ipc_fifo_open调用。
● 打开FIFO
int ipc_fifo_open(ipc_fifo_t **f,const char *path,int flag,mode_t mode);
flag指定打开标志,如果包含了O_CREAT标志,那么调用ipc_fifo_make创建新的FIFO对象并在打开成功后替换*f,否则如果*f为空,就分配并初始化一个fifo结构;mode指定访问权限,仅当创建时生效。虽然f为输入输出参数,但操作失败时不会影响它,也就是说没有副作用。
● 发送数据
ssize_t ipc_fifo_write(ipc_fifo_t *f,const void *data,size_t size);
如果成功则返回已发送的字节数,否则返回-1,errno表示出错代码。
● 接收数据
ssize_t ipc_fifo_read(ipc_fifo_t *f,void *data,size_t size);
如果成功则返回已发送的字节数,否则返回-1,errno表示出错代码。
● 关闭FIFO
void ipc_fifo_close(ipc_fifo_t *f);
当通信结束的时候,应该调用此函数来关闭FIFO,它会先删除FIFO文件和关闭文件描述符,最后释放fifo结构。
● 获取TLS FIFO
ipc_fifo_t* ipc_fifo_tls_get();
该函数一般被发送数据接口调用,若成功则返回一个FIFO结构,否则为NULL;每个线程对应一个FIFO对象,对于同一线程,获取的是同一个FIFO对象,而后便可调用ipc_fifo_write来发送数据。
工作流程
适用于FIFO客户端和服务端,但服务端由于要异步处理众多FIFO客户端,因此要注意以下2个问题,这也是使用FIFO技术通信的一些细节。
1)必须以非阻塞读写方式打开知名FIFO,即以O_CREAT|O_RDWR|O_NONBLOCK标志来调用ipc_fifo_open,这样才不会阻塞等待某个客户端以同步写方式打开知名FIFO而返回,因为它使用O_RDWR标志,这样自己既读又写,加上O_NONBLOCK,就立即返回了。
2)必须以非阻塞只读方式打开对应客户端FIFO,即以O_RDONLY|O_NONBLOCK标志调用ipc_fifo_open,这样就不会阻塞接受客户端建立连接而返回。
建立FIFO连接
适用于FIFO客户端,被发送数据接口调用,考虑到服务端可能事先没有打开知名FIFO来监听连接,所以这里先以
异步方式写打开知名FIFO,如果成功则改以
阻塞方式发送唯一路径名到服务端,如果发送完全后,接着以
同步方式写打开唯一FIFO,这是为了等待服务端打开了对应的唯一FIFO。
发送数据
适用于FIFO客户端,当TLS中没有关联对应的FIFO时,则先调用fifo_tls_get进入建立FIFO连接流程,而后再发数据。
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2014-12-01 00:13 春秋十二月 阅读(1148) |
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