深入解析Zebra中的线程机制及其应用

thread_master线程管理者维护了6个“线程“队列&＃xff1a;read、write、timer、event、ready和unuse。read队列对应于描述符的读事件&＃xff0c;write队列对应于描述符的写事件&＃xff0c;timer通常为定时事件&＃xff0c;event为自定义事件&＃xff0c;这些事件需要我们自己在适合的时候触发&＃xff0c;并且这类事件不需要对描述符操作&＃xff0c;也不需要延时。ready队列通常只是在内部使用&＃xff0c;比如read,write或event队列中因事件触发&＃xff0c;就会把该”线程”移入ready队列进行统一处理。unuse是在一个”线程”执行完毕后被移入此队列&＃xff0c;并且在需要创建一个新的”线程”时&＃xff0c;将从该队列中取壳资源&＃xff0c;这样就避免了再次申请内存。只有再取不到的情况下才进行新”线程”的内存申请。

1.2 线程管理者中的"线程"链表函数

struct thread_list是一个双向链表&＃xff0c;对应的操作有:
//添加thread到指定的链表中的尾部
static void thread_list_add (struct thread_list *list, struct thread *thread);
//添加thread到指定的链表中指定的point前部&＃xff0c;它在需要对链表进行排序的时候很有用
static void thread_list_add_before (struct thread_list *list, 
   struct thread *point, 
   struct thread *thread)&＃xff1b;
//在指定的链表中删除制定的thread
static struct thread *thread_list_delete (struct thread_list *list, struct thread *thread);
//释放指定的链表list中所有的thread, m 中的alloc减去释放的"线程"个数
static void thread_list_free (struct thread_master *m, struct thread_list *list);
//移除list中的第一个thread 并返回
static struct thread *thread_trim_head (struct thread_list *list);

1.3 thread中的read队列

考虑这样的应用&＃xff1a;创建一个socket&＃xff0c;并且需要listen在该socket上&＃xff0c;然后读取信息&＃xff0c;那么使用read队列是不二选择。下面是一个例子&＃xff0c;这个例子将对标准输入文件描述符进行处理&＃xff1a;

编译执行&＃xff0c;得到如下的结果&＃xff1a;
// 这里readlist链表中加入了一个"线程"&＃xff0c;其他链表为空
-----------
readlist  : count [1] head [0x93241d8] tail [0x93241d8] 
writelist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
timerlist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
eventlist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
unuselist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
total alloc: [1]
-----------
// 输入hello&＃xff0c;回车
Hello

// thread_call调用do_accept进行了操作
len:6, hello

// 发现“线程“被移入了unuselist
-----------
readlist  : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
writelist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
timerlist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
eventlist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
unuselist : count [1] head [0x93241d8] tail [0x93241d8]
total alloc: [1]
-----------

//再次调用thread_add_read发现unuselist被清空&＃xff0c;并且”线程“再次加入readlist
-----------
readlist  : count [1] head [0x93241d8] tail [0x93241d8]
writelist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
timerlist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
eventlist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
unuselist : count [0] head [(nil)] tail [(nil)]
total alloc: [1]
-----------

1.4 thread_fetch 和thread_process_fd

顾名思义&＃xff0c;thread_fetch是用来获取需要执行的线程的&＃xff0c;它是整个程序的核心。这里需要对它进行重点的分析。

显然&＃xff0c;Zebra中的thread机制并没有真正的优先级&＃xff0c;而只是在处理的时候有些处理一些队列。他们的次序是&＃xff1a;event、timer、 ready、 read和write。后面代码分析会得出read和write并没有明显的先后&＃xff0c;因为它们最终都将被移入ready然后再被依次执行。而select同时收到多个描述符事件的概率是很低的。

thread_process_fd对于read和write线程来说是另一个关键的函数。

Thread_process_fd 将侦听到的描述符对应的线程移到ready链表中&＃xff0c;并且进行文件描述的清除操作&＃xff0c;文件描述符的添加在thread_add_read和thread_add_write中进行。

1.5 thread中的其他链表

write链表的操作类似于read链表&＃xff0c;而event链表是直接操作的。timer链表只是添加对时间的比对操作。
在加入对应的链表时&＃xff0c;使用不同的添加函数。
struct thread *
thread_add_read (struct thread_master *m, int (*func) (struct thread *), void *arg, int fd);
struct thread *thread_add_write (struct thread_master *m, int (*func) (struct thread *), void *arg, int fd);
struct thread *thread_add_event (struct thread_master *m, int (*func) (struct thread *), void *arg, int fd);
struct thread *thread_add_timer (struct thread_master *m, int (*func) (struct thread *), void *arg, int fd);

1.6 thread 机制中的其他函数

//执行thread
void thread_call (struct thread *thread);

//直接创建并执行&＃xff0c;m参数可以为NULL
struct thread *thread_execute (struct thread_master *m,
int (*func)(struct thread *),  void *arg,  int val);

//取消一个线程&＃xff0c;thread中的master指针不可为空
void thread_cancel (struct thread *thread);

//取消所有event链表中的参数为arg的线程
void thread_cancel_event (struct thread_master *m, void *arg);

//类似于thread_call&＃xff0c;区别是thread_call只是执行&＃xff0c;不将其加入unuse链表。thread_run执行后会将其加入unuse链表。
struct thread *thread_run (struct thread_master *m, struct thread *thread,  struct thread *fetch);

// 释放m及其中的线程链表
void thread_master_free (struct thread_master *m);

1.7 一些时间相关的函数

static struct timeval timeval_subtract (struct timeval a, struct timeval b);

static int timeval_cmp (struct timeval a, struct timeval b);
当然也提供了简单的DEBUG函数thread_master_debug。

2.对ZEBRA中thread的应用

对thread的应用的探讨是最重要的&＃xff0c;也是最根本的。ZEBRA的thread机制&＃xff0c;模拟了线程&＃xff0c;便于平台间的移植&＃xff0c;使流水线式的程序编码模块化&＃xff0c;结构化。

线程列表间的组合很容易实现状态机的功能。可以自定义应用层通信协议。比如我们定义一个sysstat的远程监控协议。 Client请求Server&＃xff0c;请求Code 可以为SYS_MEM,SYS_RUNTIME,SYS_LOG等信息获取动作&＃xff0c;也可以是SYS_REBOOT&＃xff0c;SYS_SETTIME等动作请求, Server回应这个SYS_MEM等的结果。通常这很简单&＃xff0c;但是如果我们需要添加一些步骤&＃xff0c;比如用户验证过程呢&＃xff1f;

再考虑三次认证错误触发黑名单事件&＃xff01;状态机就是在处理完上一事件后&＃xff0c;添加不同的事件线程。

3.对ZEBRA的思考

Zebra由Kunihiro Ishiguro开发于15年前&＃xff0c;Kunihiro Ishiguro离开了Zebra&＃xff0c;而后它的名字被改成了quagga&＃xff0c;以至于在因特网上输入Zebra后&＃xff0c;你得到只有斑马的注释。Zebra提供了一整套基于TCP/IP网络的路由协议的支持&＃xff0c;如RIPv1&＃xff0c;RIPv2的&＃xff0c;RIPng&＃xff0c;OSPFv2&＃xff0c;OSPFv3&＃xff0c;BGP等&＃xff0c;然而它的亮点并不在于此&＃xff0c;而在于它对程序架构的组织&＃xff0c;你可以容易的剥离它&＃xff0c;使他成为专用的cli程序&＃xff0c;也已可以轻易的提取其中的一类数据结构&＃xff0c;也可以借用他的thread机制实现复杂的状态机。

编码的价值往往不在于写了多少&＃xff0c;而在于对他们的组织&＃xff01;好的组织体现美好的架构、设计的艺术&＃xff0c;可以给人启迪&＃xff0c;并在此基础上激发出更多的灵感。如果一个初学者想学习程序设计的架构&＃xff0c;无疑选择Zebra是一个明智的选择&＃xff0c;你不仅可以学到各种数据结构&＃xff0c;基于C的面向对象设计&＃xff0c;还有CLI&＃xff0c;以及各种网络路由协议&＃xff0c;最重要是的Zebra条理清晰&＃xff0c;代码紧凑&＃xff0c;至少不会让你焦头烂额&＃xff01;

如果你不知道代码中的xprintf是怎么一回事&＃xff0c;那么看看另一篇文章《一个通用的debug系统 》&＃xff01;