memcached的线程模型

Memcached数据结构 memcached的多线程主要是通过实例化多个libevent实现的,分别是一个主线程和n个workers线程。每个线程都是一个单独的libevent实例,主线程eventloop负责处理监听fd，监听客户端的建立连接请求，以及accept连接，将已建立的连接round robin到

Memcached数据结构

memcached的多线程主要是通过实例化多个libevent实现的,分别是一个主线程和n个workers线程。每个线程都是一个单独的libevent实例,主线程eventloop负责处理监听fd，监听客户端的建立连接请求，以及accept连接，将已建立的连接round robin到各个worker。workers线程负责处理已经建立好的连接的读写等事件。”one event loop per thread”.

首先看下主要的数据结构

thread.c

CQ_ITEM是主线程accept后返回的已建立连接的fd的封装。

/* An item in the connection queue. */
typedef struct conn_queue_item CQ_ITEM;
struct conn_queue_item {
    int     sfd;
    int     init_state;
    int     event_flags;
    int     read_buffer_size;
    int     is_udp;
    CQ_ITEM *next;
};

CQ是一个管理CQ_ITEM的单向链表

/* A connection queue. */
typedef struct conn_queue CQ;
struct conn_queue {
    CQ_ITEM *head;
    CQ_ITEM *tail;
    pthread_mutex_t lock;
    pthread_cond_t  cond;
};

LIBEVENT_THREAD 是memcached里的线程结构的封装，可以看到每个线程都包含一个CQ队列，一条通知管道pipe和一个libevent的实例event_base。

typedef struct {
    pthread_t thread_id;        /* unique ID of this thread */
    struct event_base *base;    /* libevent handle this thread uses */
    struct event notify_event;  /* listen event for notify pipe */
    int notify_receive_fd;      /* receiving end of notify pipe */
    int notify_send_fd;         /* sending end of notify pipe */
    CQ  new_conn_queue;         /* queue of new connections to handle */
} LIBEVENT_THREAD;

Memcached对每个网络连接的封装conn

typedef struct{
  int sfd;
  int state;
  struct event event;
  short which;
  char *rbuf;
  ... //这里省去了很多状态标志和读写buf信息等
}conn;

memcached主要通过设置/转换连接的不同状态，来处理事件（核心函数是drive_machine，连接的状态机）。

Memcached线程处理流程

Memcached.c 里main函数，先对主线程的libevent实例进行初始化, 然后初始化所有的workers线程，并启动。接着主线程调用server_socket（这里只分析tcp的情况）创建监听socket，绑定地址，设置非阻塞模式并注册监听socket的libevent 读事件等一系列操作。最后主线程调用event_base_loop接收外来连接请求。

Main() {
/* initialize main thread libevent instance */
     main_base = event_init();
/* start up worker threads if MT mode */
thread_init(settings.num_threads, main_base);
server_socket(settings.port, 0);
/* enter the event loop */
event_base_loop(main_base, 0);
}

最后看看memcached网络事件处理的最核心部分- drive_machine drive_machine是多线程环境执行的，主线程和workers都会执行drive_machine。

static void drive_machine(conn *c) {
    bool stop = false;
    int sfd, flags = 1;
    socklen_t addrlen;
    struct sockaddr_storage addr;
    int res;
    assert(c != NULL);
    while (!stop) {
        switch(c->state) {
        case conn_listening:
            addrlen = sizeof(addr);
            if ((sfd = accept(c->sfd, (struct sockaddr *)&addr, &addrlen)) == -1) {
                //省去n多错误情况处理
                break;
            }
            if ((flags = fcntl(sfd, F_GETFL, 0))
<p>drive_machine主要是通过当前连接的state来判断该进行何种处理，因为通过libevent注册了读写事件后回调的都是这个核心函数，所以实际上我们在注册libevent相应事件时，会同时把事件状态写到该conn结构体里，libevent进行回调时会把该conn结构作为参数传递过来，就是该方法的形参。
连接的状态枚举如下。</p>
<p class="highlight"></p><pre class="brush:php;toolbar:false">    enum conn_states {
        conn_listening,  /** the socket which listens for connections */
        conn_read,       /** reading in a command line */
        conn_write,      /** writing out a simple response */
        conn_nread,      /** reading in a fixed number of bytes */
        conn_swallow,    /** swallowing unnecessary bytes w/o storing */
        conn_closing,    /** closing this connection */
        conn_mwrite,     /** writing out many items sequentially */
    };

实际对于case conn_listening:这种情况是主线程自己处理的，workers线程永远不会执行此分支我们看到主线程进行了accept后调用了

dispatch_conn_new(sfd, conn_read, EV_READ | EV_PERSIST,DATA_BUFFER_SIZE, false);

这个函数就是通知workers线程的地方，看看

void dispatch_conn_new(int sfd, int init_state, int event_flags,
                           int read_buffer_size, int is_udp) {
        CQ_ITEM *item = cqi_new();
        int thread = (last_thread + 1) % settings.num_threads;
        last_thread = thread;
        item->sfd = sfd;
        item->init_state = init_state;
        item->event_flags = event_flags;
        item->read_buffer_size = read_buffer_size;
        item->is_udp = is_udp;
        cq_push(&threads[thread].new_conn_queue, item);
        MEMCACHED_CONN_DISPATCH(sfd, threads[thread].thread_id);
        if (write(threads[thread].notify_send_fd, "", 1) != 1) {
            perror("Writing to thread notify pipe");
        }
}

可以清楚的看到，主线程首先创建了一个新的CQ_ITEM，然后通过round robin策略选择了一个thread并通过cq_push将这个CQ_ITEM放入了该线程的CQ队列里，那么对应的workers线程是怎么知道的呢? 就是通过

write(threads[thread].notify_send_fd, "", 1）

向该线程管道写了1字节数据，则该线程的libevent立即回调了thread_libevent_process方法（上面已经描述过）。 然后那个线程取出item,注册读时间，当该条连接上有数据时，最终也会回调drive_machine方法，也就是drive_machine方法的 case conn_read:等全部是workers处理的，主线程只处理conn_listening 建立连接这个。 memcached的这套多线程event机制很值得设计linux后端网络程序时参考。

参考文献

• memcache源码分析--线程模型
• memcached结构分析——线程模型
• Memcached的线程模型及状态机

原文地址：memcached的线程模型, 感谢原作者分享。