libevent学习笔记八：libevent事件主循环

     前面我们学习了libevent的Reactor组件、event_base和事件管理框架等，后面就是要学习libevent事件处理的中心部分——事件主循环，由系统提供的事件多路分发机制执行事件循环，对已注册的就绪事件，调用注册事件的回调函数来处理事件。

1 、循环流程

      这是一句很难用词来简单形容流程，你也可以把它当作完成任务的一段阶段性的处理过程。Libevent的事件主循环主要是通过event_base_loop ()函数完成的，其主要流程如下图所示，event_base_loop所作的就是持续执行下面的循环。

 

    通过上面的图，清楚说明了event_base_loop所作的主要操作，下面就可以查看源代码看的更加清晰，这是一段代码结构清晰的描述。

  int event_base_loop(struct event_base *base, int flags)
  {
      const struct eventop *evsel = base->evsel;
      void *evbase = base->evbase;
      struct timeval tv;
      struct timeval *tv_p;
      int res, done;
      // 清空时间缓存
      base->tv_cache.tv_sec = 0;
      // evsignal_base是全局变量，在处理signal时，用于指名signal所属的event_base实例
      if (base->sig.ev_signal_added)
          evsignal_base = base;
      done = 0;
      while (!done) { // 事件主循环
          // 查看是否需要跳出循环，程序可以调用event_loopexit_cb()设置event_gotterm标记
          // 调用event_base_loopbreak()设置event_break标记
          if (base->event_gotterm) {
              base->event_gotterm = 0;
               break;
           }
           if (base->event_break) {
               base->event_break = 0;
               break;
           }
           // 校正系统时间，如果系统使用的是非MONOTONIC时间，用户可能会向后调整了系统时间
           // 在timeout_correct函数里，比较last wait time和当前时间，如果当前时间< last wait time
           // 表明时间有问题，这是需要更新timer_heap中所有定时事件的超时时间。
           timeout_correct(base, &tv);
     
           // 根据timer heap中事件的最小超时时间，计算系统I/O demultiplexer的最大等待时间
           tv_p = &tv;
           if (!base->event_count_active && !(flags & EVLOOP_NONBLOCK)) {
                timeout_next(base, &tv_p);
           } else {
                // 依然有未处理的就绪时间，就让I/O demultiplexer立即返回，不必等待
                // 下面会提到，在libevent中，低优先级的就绪事件可能不能立即被处理
                evutil_timerclear(&tv);
           }
           // 如果当前没有注册事件，就退出
           if (!event_haveevents(base)) {
               event_debug(("%s: no events registered.", __func__));
               return (1);
           }
           // 更新last wait time，并清空time cache
           gettime(base, &base->event_tv);
           base->tv_cache.tv_sec = 0;
           // 调用系统I/O demultiplexer等待就绪I/O events，可能是epoll_wait，或者select等；
           // 在evsel->dispatch()中，会把就绪signal event、I/O event插入到激活链表中
           res = evsel->dispatch(base, evbase, tv_p);
           if (res == -1)
               return (-1);
           // 将time cache赋值为当前系统时间
           gettime(base, &base->tv_cache);
           // 检查heap中的timer events，将就绪的timer event从heap上删除，并插入到激活链表中
           timeout_process(base);
           // 调用event_process_active()处理激活链表中的就绪event，调用其回调函数执行事件处理
           // 该函数会寻找最高优先级（priority值越小优先级越高）的激活事件链表，
           // 然后处理链表中的所有就绪事件；
           // 因此低优先级的就绪事件可能得不到及时处理；
           if (base->event_count_active) {
               event_process_active(base);
               if (!base->event_count_active && (flags & EVLOOP_ONCE))
                   done = 1;
           } else if (flags & EVLOOP_NONBLOCK)
               done = 1;
       }
       // 循环结束，清空时间缓存
       base->tv_cache.tv_sec = 0;
       event_debug(("%s: asked to terminate loop.", __func__));
       return (0);
   }

 

2 、I/O和Timer事件的统一

    从上面的流程和代码中，我们可以清晰的看到 Libevent将Timer和Signal事件都统一到了系统的I/O 的demultiplex机制中了。

     第一步是将Timer事件融合到系统I/O多路复用机制中，这是非常明显的过程，因为系统的I/O机制像select()和epoll_wait()都允许程序制定一个最大等待时间（有时也称为最大超时时间）timeout，即使没有I/O事件发生，它们也保证能在timeout时间内返回。

     那么根据所有Timer事件的最小超时时间来设置系统I/O的timeout时间；当系统I/O返回时，再激活所有就绪的Timer事件就可以了，这样就能将Timer事件完美的融合到系统的I/O机制中了。
     这是在Reactor和Proactor模式（主动器模式，比如Windows上的IOCP）中处理Timer事件的经典方法了，ACE采用的也是这种方法，感兴趣的人可以查阅相关的POSA vol2书中的Reactor模式方面的资料。
     堆是一种非常经典的数据结构，向堆中插入、删除元素时间复杂度都是O(lgN)，其中：N为堆中元素的个数，而获取最小key值（小根堆）的复杂度为O(1)；这个特性非常适合被用来管理Timer事件，在libevent就是采用这种堆结构。

 

3、I/O和Signal事件的统一

     第一步是Timer事件的融合，接下来Signal是异步事件的事例，而将Signal事件统一到系统的I/O多路复用中就不像Timer事件那么简单自然了，Signal事件的出现对于进程来讲是完全随机的，进程不能只是测试一个变量来判别是否发生了一个信号，而是必须告诉内核“如在此信号发生时，请执行下面的操作“。
     如果当Signal发生时，并不立即直接调用event的callback函数处理信号，而是设法通知系统的I/O机制，让其返回，然后再统一和I/O事件以及Timer一起处理，这也是libevent中通常使用的方法。
     问题的核心机制在于，当Signal发生时，如何通知系统的I/O多路复用机制，这里先不做说明，等信号处理时再详细说明，也许您已经猜出了所采用的通知方法，比如使用pipe等。

 

4 、总结

     本文介绍了libevent的事件主循环，描述了libevent是如何处理就绪的I/O事件、定时器和信号事件，以及如何将它们无缝的融合到一起。