twemproxy接收流程探索——twemproxy代码分析正编

本文旨在帮助大家探索出twemproxy接收流程的代码逻辑框架，有些具体的实现需要我们在未来抽空去探索或者大家自行探索。在这篇文章开始前，大家要做好一个小小的心理准备，由于twemproxy代码是一份优秀的c语言代码，为此，在twemproxy的代码中会大篇幅使用c指针。但是不论是普通类型的指针还是函数指针，都可以让我们这些c语言使用者大饱眼福，生出一种“原来还可以这样写!!!”的快感。

数据结构

在探索twemproxy接收流程之前，我们必须对一些我们会用到的数据结构进行说明，以便我们更好地去探索，这边在讲解结构时，仅仅讲解与twemproxy接收流程相关的代码，其他代码暂时不进行剖析。

mbuf

在nc_mbuf.h里

 struct mbuf {
     uint32_t           magic;   /* mbuf magic (const) 这个值不是很理解是什么意思，一般是0xdeadbeef*/
     STAILQ_ENTRY(mbuf) next;    /* next mbuf 下一块mbuf，代码里所有的mbuf几乎都是以单向链表的形式存储的*/
     uint8_t            *pos;    /* read marker 表示这块mbuf已经读到那个字节了*/
     uint8_t            *last;   /* write marker 表示这块mbuf已经写到哪个字节*/
     uint8_t            *start;  /* start of buffer (const) 表示这块mbuf的起始位置*/
     uint8_t            *end;    /* end of buffer (const) 表示这块mbuf的结束位置*/
 };
 STAILQ_HEAD(mhdr, mbuf);    /*mhdr是mbuf单向队列的队列头部*/

这里要对mbuf解释几句，这里涉及到nc_mbuf.c里的代码：

1.mbuf的每一块可以通过配置规定其大小 ，可以说每一块mbuf的大小都是一个固定值，为此在生成时mbuf会去申请一个固定大小的内存，如果这个大小是mbuf_chunk_size，那么end = start + mbuf_chunk_size - sizeof(struct mbuf)，为此start，end，以及magic都是定值。

2.mbuf在申请后一般不会被释放，在使用完后会被放入static struct mhdr free_mbufq这个队列中，一旦要使用mbuf时首先从free_mbufq中取出未使用的mbuf，如果这个队列为空时，它才会去向系统申请新的mbuf。

msg

在nc_message.h里

 struct msg {
    /*
     ...
    */
     struct conn          *owner;          /* message owner - client | server 服务端或客户端连接*/
    /*
     ...
    */
     struct mhdr          mhdr;            /* message mbuf header mbuf单向队列的队列头部*/
     uint32_t             mlen;            /* message length mbuf字节长度*/
    /*
     ...
    */
     uint8_t              *pos;            /* parser position marker 现在解析到哪个个字节*/
     msg_parse_t          parser;          /* message parser 消息解析函数指针*/
     msg_parse_result_t   result;          /* message parsing result 消息解析结果*/
    /*
     ...
    */

 };

msg是用来存储每一条发送过来的redis包的内容，一般一个msg对应一个redis包，所有收发网络数据都存储在mhdr中。

conn

在connection.h中

 struct conn {
    /*
     ...
    */
    int                 sd;              /* socket descriptor 套接字描述符*/
    /*
     ...
    */
     conn_recv_t         recv;            /* recv (read) handler 接收msg函数指针*/
     conn_recv_next_t    recv_next;       /* recv next message handler 接收下一个msg的函数指针*/
     conn_recv_done_t    recv_done;       /* read done handler 接收完成的函数指针*/
    /*
     ...
    */
     size_t              recv_bytes;      /* received (read) bytes 接收数据的字节数*/
     size_t              send_bytes;      /* sent (written) bytes 发送数据的字节数*/
    /*
     ...
    */
     err_t               err;             /* connection errno 接受数据错误*/
     unsigned            recv_active:;   /* recv active? 是否在接收数据*/
     unsigned            recv_ready:;    /* recv ready? 是否准备接收数据*/
    /*
     ...
    */
     unsigned            eof:;           /* eof? aka passive close? 数据读到尾部*/
     unsigned            done:;          /* done? aka close? 完成数据接收*/
     unsigned            redis:;         /* redis?           网络协议是不是redis*/
    /*
     ...
    */
 };

conn是与服务端或客户端的连接，用于管理连接上的所有事件和网络数据

接收流程

首先看下主要流程，很简单的代码在nc_message.c中的msg_recv

 rstatus_t
 msg_recv(struct context *ctx, struct conn *conn)
 {
     rstatus_t status;
     struct msg *msg;

     ASSERT(conn->recv_active);

     conn->recv_ready = ;//表示准备接收网络数据
     do {
         msg = conn->recv_next(ctx, conn, true);
         if (msg == NULL) {
             return NC_OK;
         }

         status = msg_recv_chain(ctx, conn, msg);//接收函数链,在这个流程中会改变conn->recv_ready的值，表示本次接收流程终止
         if (status != NC_OK) {
             return status;
         }
     } while (conn->recv_ready);//一旦不准备接收网络数据，就停止

     return NC_OK;
 }

在这个代码中我们会发现一个conn->recv_next，目前我们只要知道它是准备接收下一个msg的函数，不需要知道他的具体实现，因为他在《twemproxy代码框架概述——剖析twemproxy代码前编》提到的客户层和服务层扮演的角色是不同的，为此，实现也是不同的，这里主要指的是《twemproxy代码框架概述——剖析twemproxy代码前编》提到的模块1和模块3，在这里我们居然看到了c语言的代码里出现了一个在面向对象语言中才有的特性——多态，在下面几篇文章的探索中会讲到，不小心做了广告，请无视上面的部分内容。

接下来我们来看msg_recv函数中的msg_recv_chain，同样也是一个框架

 static rstatus_t
 msg_recv_chain(struct context *ctx, struct conn *conn, struct msg *msg)
 {
     rstatus_t status;
     struct msg *nmsg;
     struct mbuf *mbuf;
     size_t msize;
     ssize_t n;

     mbuf = STAILQ_LAST(&msg->mhdr, mbuf, next);//找到目前收到mbuf队列的最后一个mbuf
     //如果这个mbuf满了或者为空，则取得一个空的mbuf，加入到msg->mhdr队列中
     if (mbuf == NULL || mbuf_full(mbuf)) {
         mbuf = mbuf_get();
         if (mbuf == NULL) {
             return NC_ENOMEM;
         }
         mbuf_insert(&msg->mhdr, mbuf);
         msg->pos = mbuf->pos;//这时解析指针指向该mbuf的读取指针
     }
     ASSERT(mbuf->end - mbuf->last > );
     msize = mbuf_size(mbuf); //计算剩余的mbuf的值msize

     n = conn_recv(conn, mbuf->last, msize);//读取最大为msize的网络数据
     if (n < ) {
         if (n == NC_EAGAIN) {
             return NC_OK;
         }
         return NC_ERROR;
     }

     ASSERT((mbuf->last + n) <= mbuf->end);

     mbuf->last += n; //将写指针偏移到正确的位置
     msg->mlen += (uint32_t)n;
     //解析网络数据内容，在其中将网络数据分成不同的msg，因为网络包可能黏合，可能会接收到不同的redis包
     for (;;) {
         status = msg_parse(ctx, conn, msg);//解析网络数据完成分包
         if (status != NC_OK) {
             return status;
         }

         /* get next message to parse */
         nmsg = conn->recv_next(ctx, conn, false);
         if (nmsg == NULL || nmsg == msg) {
             /* no more data to parse */
             break;
         }

         msg = nmsg;//使指针指向下一个包
     }

     return NC_OK;
 }

在前面我们看到在代码中大量使用了断言ASSERT，如ASSERT(mbuf->end - mbuf->last > 0)，就表示该内存还没有被写满，查看这些断言会使我们对代码有更好的认识。同时，它也是一个很好的代码习惯

接着就是在connection.c中的接受函数conn_recv，比较简单，一些对于收发网络数据遇到的情况的处理值得学习

 ssize_t
 conn_recv(struct conn *conn, void *buf, size_t size)
 {
     ssize_t n;

     ASSERT(buf != NULL);
     ASSERT(size > );
     ASSERT(conn->recv_ready);

     for (;;) {
         n = nc_read(conn->sd, buf, size);//相当于read函数

         log_debug(LOG_VERB, "recv on sd %d %zd of %zu", conn->sd, n, size);
         //如果收到的数据不为空，一旦收到数据小于size，表示没有更多的数据能被读取，为此将conn->recv_ready = 0
         if (n > ) {
             if (n < (ssize_t) size) {
                 conn->recv_ready = ;
             }
             conn->recv_bytes += (size_t)n;
             return n;
         }
          //如果收到的数据为空，表示没有更多的数据能被读取，为此将conn->recv_ready = 0
         if (n == ) {
             conn->recv_ready = ;
             conn->eof = ;
             log_debug(LOG_INFO, "recv on sd %d eof rb %zu sb %zu", conn->sd,
                       conn->recv_bytes, conn->send_bytes);
             return n;
         }
         //如果收发数据出现不是EINTR的错误，表示收发数据断链或者遇到错误，为此也将conn->recv_ready = 0
         if (errno == EINTR) {
             log_debug(LOG_VERB, "recv on sd %d not ready - eintr", conn->sd);
             continue;
         } else if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
             conn->recv_ready = ;
             log_debug(LOG_VERB, "recv on sd %d not ready - eagain", conn->sd);
             return NC_EAGAIN;
         } else {
             conn->recv_ready = ;
             conn->err = errno;
             log_error("recv on sd %d failed: %s", conn->sd, strerror(errno));
             return NC_ERROR;
         }
     }

     NOT_REACHED();

     return NC_ERROR;
 }

下面就是解析分包框架msg_parse

 static rstatus_t
 msg_parse(struct context *ctx, struct conn *conn, struct msg *msg)
 {
     rstatus_t status;

     if (msg_empty(msg)) {
         /* no data to parse */
         conn->recv_done(ctx, conn, msg, NULL);
         return NC_OK;
     }

     msg->parser(msg);//解析函数器，这个我们会在后续的文章中提到，即完整的redis协议解析流程

     switch (msg->result) {
     case MSG_PARSE_OK:
         status = msg_parsed(ctx, conn, msg);//解析一个包完成,进行分包
         break;

     case MSG_PARSE_REPAIR:
         status = msg_repair(ctx, conn, msg);//将受到的网络数据分到不同的buffer中
         break;

     case MSG_PARSE_AGAIN:
         status = NC_OK;
         break;

     default:
         status = NC_ERROR;
         conn->err = errno;
         break;
     }

     return conn->err !=  ? NC_ERROR : status;
 }

在这个代码中我们又会发现一个conn->recv_done，目前我们只要知道它是接收结束的函数，同样不需要知道他的具体实现，因为它也是在《twemproxy代码框架概述——剖析twemproxy代码前编》提到的客户层和服务层扮演的角色是不同的，为此，实现也是不同的，这里主要指的是《twemproxy代码框架概述——剖析twemproxy代码前编》提到的模块1和模块3。

下面就是msg_parsed，用于解析一个包完成后分包

 static rstatus_t
 msg_parsed(struct context *ctx, struct conn *conn, struct msg *msg)
 {
     struct msg *nmsg;
     struct mbuf *mbuf, *nbuf;

     mbuf = STAILQ_LAST(&msg->mhdr, mbuf, next);
     if (msg->pos == mbuf->last) {//正好结束分包
         /* no more data to parse */
         conn->recv_done(ctx, conn, msg, NULL);
         return NC_OK;
     }

     /*
      * Input mbuf has un-parsed data. Split mbuf of the current message msg
      * into (mbuf, nbuf), where mbuf is the portion of the message that has
      * been parsed and nbuf is the portion of the message that is un-parsed.
      * Parse nbuf as a new message nmsg in the next iteration.
      */
     //下面的所有工作就是把mbuf收到的网络数据，将不属于这个包msg的而属于下个包nmsg的内容分割出去放到下一个包nmsg
     nbuf = mbuf_split(&msg->mhdr, msg->pos, NULL, NULL);
     if (nbuf == NULL) {
         return NC_ENOMEM;
     }

     nmsg = msg_get(msg->owner, msg->request, conn->redis);
     if (nmsg == NULL) {
         mbuf_put(nbuf);
         return NC_ENOMEM;
     }
     mbuf_insert(&nmsg->mhdr, nbuf);
     nmsg->pos = nbuf->pos;

     /* update length of current (msg) and new message (nmsg)*/
     nmsg->mlen = mbuf_length(nbuf);
     msg->mlen -= nmsg->mlen;

     conn->recv_done(ctx, conn, msg, nmsg);

     return NC_OK;
 }

上面的流程可以用图1表示，我们可以看到图1中的mbuf收到了两个包的数据，分别是一个包msg（红色）的结尾和一个包nmsg（黄色）的开始，根据我们前文的说法一个msg对应一个包，为此必须把这个mbuf分割到到两个msg中。

图1.分包示意图

最后是分muf的msg_repair

 static rstatus_t
 msg_repair(struct context *ctx, struct conn *conn, struct msg *msg)
 {
     struct mbuf *nbuf;
     //取出一个新的nbuf去读取下轮的网络数据
     nbuf = mbuf_split(&msg->mhdr, msg->pos, NULL, NULL);
     if (nbuf == NULL) {
         return NC_ENOMEM;
     }
     mbuf_insert(&msg->mhdr, nbuf);
     msg->pos = nbuf->pos;

     return NC_OK;
 }

在redis包中可能会存在多key的情况,一个msg中的mbuf具体是怎么存的，还需要完成对于redis协议的解读，我们才能明白为什么需要msg_repair,，在这里稍稍挖个坑。目前我们可以理解为它产生了一个新的nbuf去读下一轮的网络数据。

这样我们完成了整个接收流程的探索，至于发送流程需要在下几个篇章中完成。

总结

本文完成了对于twemproxy整个接收流程的探索，首先介绍了相关的数据结构——mbuf、msg以及conn，在下面的日子里我们会更多地去了解它们，在未来的解析中它们是主角，接着分析了接收流程中的各个函数msg_repair、msg_parse、msg_parsed、msg_recv_chain、msg_recv以及conn_recv，最后较为介绍了它们在接收中的作用，当然稍稍挖了几个坑，表示以后再填。下面我们会着重探索twemproxy的redis协议解析和twemproxy发送流程，敬请期待！！

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