PHP FPM源代碼反芻品味之一：無限運行程序

基礎: 無限運行程序.

程序能夠簡單的分爲兩種類型:

1. 程序啓動後,一段時間後,完成了任務,會主動退出,這裏稱爲有限程序.
2. 程序啓動後,會一直運行,不會主動退出,這裏稱爲無限程序.

顯然,服務器程序如nginx,php-fpm和桌面圖形界面(GUI)程序如firefox,word 都屬無限程序.
這類程序的共同點是啓動後一直運行,若是不出故障,能源足夠,且未收到退出指令的狀況下,無限程序會永久運行.

服務器程序和圖形界面,一個前端,一個後端,相距甚遠. 二者內部的核心機制且及其相近.
服務器程序,啓動後,等待網絡請求, 並作出響應.
圖形界面,啓動後,等待用戶事件,點擊或鍵盤輸入等,並作出響應
簡單的道理,若是程序運行一段時間後就退出, 就沒法響應網絡請求或用戶事件.

咱們簡單的想一下,一個程序要如何才能無限運行呢? 再複雜的邏輯,總有計算完成的時候.
直覺告訴咱們,程序要無限運行,裏面應該有個無限循環.
沒錯服務器程序和圖形界面程序都有個無限循環.

程序在無限循環裏運行, 若是快馬加鞭的飛轉, 會獨佔100%CPU資源,機器不累,看的人都累.
因而咱們想到,應該在程序無限循環裏歇一歇,最簡單的辦法就是sleep一下:以下:

while(1){
  process();
  sleep(1);
}

這樣程序能夠一直運行且不獨佔CPU,不少人都這樣作過.
但在正式的產品程序裏,這不是個好辦法.
首先, sleep時間過短,沒意義,sleep時間太長會致使響應緩慢停頓.
還有,sleep 效率也不高.

怎麼辦?

多數服務器程序和圖形界面程序在無限循環裏,
一般會在對一個對文件句柄(網絡鏈接也是文件)的操做上停一下,收到信息後或超時後繼續循環運行.

程序停在那裏等待信息,有個專業術語叫阻塞(blocking).
操做系統在內核層面上,支持阻塞(blocking)機制, 因此程序阻塞在對IO的操做上,高效且佔用的資源很小.

有的程序員說,我開發了不少android應用,沒看到哪裏有無限循環啊?
主要的緣由就android在框架裏實現了,對通常開發者不可見,若是你看android框架源碼,會在某個地方發現無限循環.

在服務器程序和圖形界面程序的另外一個很類似的地方就是:事件和事件隊列.
一般與事件相關的詳細信息和回調函數會包裝成一個事件對象,放到事件隊列裏. (C語言用結構體表示對象)
對文件句柄fd阻塞讀取操做(監聽)只是個獲取個觸發信號.
無限循環裏,獲取和處理隊列裏的事件.
常見的設計中,定時運行邏輯,會放到一個定時隊列裏,無限循環時順帶檢查定時隊列,處理到時的運行邏輯.

如下用一個簡單的程序說明:

// simple_event.c
#include <stdio.h>

int  fd= 0;
char event[100];

void wait_event(){
    int length;
    printf("Please input event\n");
    length = read(fd,event,sizeof(event));
    event[length] = 0;
    printf("Recieved event: %s",event);
}

void process_event(){
     printf("Processed event: %s",event);
}

int main() {
    while(1){
        wait_event();
        process_event();
    }
    return 0;
}

運行

gcc -o  simple_event simple_event.c
./simple_event
Please input event
keyup
Recieved event: keyup
Processed event: keyup
Please input event
click
Recieved event: click
Processed event: click

這個很簡單的無限程序,確也體現了服務器和圖形界面程序的基礎結構:
無限循環,阻塞監聽事件, 處理事件.
這個程序佔用CPU很小,也說明了阻塞操做在無限循環裏的重要性.
這個程序和成品無限程序相比,還須要改進:

1. 這個程序監聽0號文件(fd=0), 也就是標準輸入鍵盤, 成品程序一般會使用pipe或sockpair 建立虛擬文件用於通訊. (重複一下,unix下,一切IO設備皆文件)
2. 成品程序一般會在循環中加入處理定時任務的邏輯.
3. 沒有輸入的狀況下,這個程序會一直阻塞, 沒法處理其餘任務.

成品程序一般會搭配select (epoll) 使用, 設置阻塞超時時間,以便處理到時的定時任務.
這裏的阻塞超時時間，一般依據最近的定時任務的時間來設定。
改良後，循環的大體結構以下：

while(1){
    timeout = get_timeout(timer_task_queue); 依據最近的定時任務
    ready_io_events = wait_io_event(timeout);
    process(ready_io_events);
    process_timer_task()
}

總結：

無線循環裏：1，獲取阻塞超時時間（依據下一個定時任務），2，阻塞等待IO事件，3，處理IO事件，4，處理定時任務。周而復始，不停運行，這能夠說是服務器和圖形界面程序設計的一個套路。瞭解了這個套路，研究無限程序源代碼就不會陌生。