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Python 3下基于select模型的事件驱动机制程序(一)
2017-10-10 21:06:13 】 浏览:4015
Tags:Python 基于 select 模型 事件 驱动 机制 程序

它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket,当某个socket有数据到达了,就通知用户进程。它的流程如图:


    Python 3下基于select模型的事件驱动机制程


    当用户进程调用了select,那么整个进程会被block,而同时,kernel会“监视”所有select负责的socket,当任何一个socket中的数据准备好了,select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作,将数据从kernel拷贝到用户进程。这个图和blocking IO的图其实并没有太大的不同,事实上,还更差一些。因为这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom),而blocking IO只调用了一个system call (recvfrom)。但是,用select的优势在于它可以同时处理多个connection。(多说一句。所以,如果处理的连接数不是很高的话,使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好,可能延迟还更大。select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快,而是在于能处理更多的连接。)
在IO multiplexing Model中,实际中,对于每一个socket,一般都设置成为non-blocking,但是,如上图所示,整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block,而不是被socket IO给block。


     所以,IO multiplexing Model的特点就是两个阶段都阻塞,但是等待数据阻塞在select上,拷贝数据阻塞在recfrom上。


     在多路复用模型中,对于每一个socket,一般都设置成为non-blocking,但是,如上图所示,整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block,而不是被socket IO给block。因此select()与非阻塞IO类似。


        大部分Unix/Linux都支持select函数,该函数用于探测多个文件句柄的状态变化。下面给出select接口的原型:
    FD_ZERO(int fd, fd_set* fds) 
    FD_SET(int fd, fd_set* fds) 
    FD_ISSET(int fd, fd_set* fds) 
    FD_CLR(int fd, fd_set* fds) 
    int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, 
    struct timeva l *timeout) 
    这里,fd_set 类型可以简单的理解为按 bit 位标记句柄的队列,例如要在某 fd_set 中标记一个值为16的句柄,则该fd_set的第16个bit位被标记为1。具体的置位、验证可使用 FD_SET、FD_ISSET等宏实现。在select()函数中,readfds、writefds和exceptfds同时作为输入参数和输出参数。如果输入的readfds标记了16号句柄,则select()将检测16号句柄是否可读。在select()返回后,可以通过检查readfds有否标记16号句柄,来判断该“可读”事件是否发生。另外,用户可以设置timeout时间。
    下面将重新模拟上例中从多个客户端接收数据的模型。


   


    图7 使用select()的接收数据模型


        述模型只是描述了使用select()接口同时从多个客户端接收数据的过程;由于select()接口可以同时对多个句柄进行读状态、写状态和错误状态的探测,所以可以很容易构建为多个客户端提供独立问答服务的服务器系统。如下图。


   


    图8 使用select()接口的基于事件驱动的服务器模型


        这里需要指出的是,客户端的一个 connect() 操作,将在服务器端激发一个“可读事件”,所以 select() 也能探测来自客户端的 connect() 行为
    上述模型中,最关键的地方是如何动态维护select()的三个参数readfds、writefds和exceptfds。作为输入参数,readfds应该标记所有的需要探测的“可读事件”的句柄,其中永远包括那个探测 connect() 的那个“母”句柄;同时,writefds 和 exceptfds 应该标记所有需要探测的“可写事件”和“错误事件”的句柄 ( 使用 FD_SET() 标记 )。
    作为输出参数,readfds、writefds和exceptfds中的保存了 select() 捕捉到的所有事件的句柄值。程序员需要检查的所有的标记位 ( 使用FD_ISSET()检查 ),以确定到底哪些句柄发生了事件。
    上述模型主要模拟的是“一问一答”的服务流程,所以如果select()发现某句柄捕捉到了“可读事件”,服务器程序应及时做recv()操作,并根据接收到的数据准备好待发送数据,并将对应的句柄值加入writefds,准备下一次的“可写事件”的select()探测。同样,如果select()发现某句柄捕捉到“可写事件”,则程序应及时做send()操作,并准备好下一次的“可读事件”探测准备。下图描述的是上述模型中的一个执行周期。


   


    图9 多路复用模型的一个执行周期


        这种模型的特征在于每一个执行周期都会探测一次或一组事件,一个特定的事件会触发某个特定的响应。我们可以将这种模型归类为“事件驱动模型”。
    相比其他模型,使用select() 的事件驱动模型只用单线程(进程)执行,占用资源少,不消耗太多 CPU,同时能够为多客户端提供服务。如果试图建立一个简单的事件驱动的服务器程序,这个模型有一定的参考价值。
    但这个模型依旧有着很多问题。首先select()接口并不是实现“事件驱动”的最好选择。因为当需要探测的句柄值较大时,select()接口本身需要消耗大量时间去轮询各个句柄。很多操作系统提供了更为高效的接口,如linux提供了epoll,BSD提供了kqueue,Solaris提供了/dev/poll,…。如果需要实现更高效的服务器程序,类似epoll这样的接口更被推荐。遗憾的是不同的操作系统特供的epoll接口有很大差异,所以使用类似于epoll的接口实现具有较好跨平台能力的服务器会比较困难。
    其次,该

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