原
2023年03月18日 16:02:52
更多個人分類：
linux
計算機網路
mqtt-mosquitto
c/c++
所屬專欄：
mqtt協議及其應用
計算機網路
本文由逍遙子撰寫，**請標註原址：
3.2.1、poll機制簡介
poll機制是一種i/o多路轉接（i/o multiplexing）技術，這種技術先構造乙個有關描述符的表，然後呼叫乙個函式，知道這些描述符中的乙個已準備就緒好進行i/o時，該函式才返回，該函式返回之後它告訴程序那些描述符已經準備好進行i/o)。其工作過程為：
（1）首先構造乙個pollfd結構陣列，每個陣列元素指定乙個描述符編號以及對其所關心的狀態。
（2）為每乙個需要監聽狀態的裝置描述符建立乙個pollfd結構體，並將之放入pollfd結構陣列中。
（3）呼叫函式poll監控pollfd結構陣列中每個結構體的狀態。poll函式的原型如下：
int poll(struct pollfdfdarray, nfds_t nfds, int timeout)
其中引數fdarray就是pollfd結構體陣列，nfds是陣列的元素數，timeout是等待超時限定，如果超過此時間還沒有描述符準備好i/o，就返回；pollfd結構體的定義為：
struct pollfd{
int fd;
short event;
short revent;
其中，int fd是檔案描述符，在mosquitto的中主要指socket描述符（在linux一切i/o皆檔案的工作模式下，socket描述符與普通檔案描述被同等對待）；events成員用於告訴核心，我們對描述符fd關心什麼；revents用以說明該描述符fd發生了什麼事情。
另外，使用poll是需要注意，每次呼叫poll函式之前都要重新設定一下各描述符的狀態。
3.2.2、mosquitto的訊息機制
mosquito在工作過程中用poll機制檢測監聽所有socket以判斷其是否有資料傳送或接收，mosquitto所監聽的socket按照其功能分為監聽socket和業務socket，監聽socket主要負責監聽各客戶端的連線；業務socket主要負責mosquitto伺服器與各客戶端之間的資料收發；一旦mosquitto伺服器從監聽socket中接收到乙個客戶端連線進來，將立即為該客戶端建立乙個業務socket，負責後續mosquitto伺服器與該客戶端的所有資料收發。
mosquitto中對poll操作主要在/ mosquitto-1.2/src loop.c檔案的mosquitto_main_loop函式中，在該函式中將按照以下步驟迴圈處理所有的socket：
1） 建立pollfd結構體陣列pollfds
2） 將要監聽的socket放入pollfds
3） 使用poll函式查詢pollfds陣列中各描述符的狀態；
4） poll函式返回之後，遍歷pollfds陣列對其中就緒的socket描述符進行處理。
mosquitto_main_loop函式不僅涉及對poll函式的相關處理，它也是整個訊息處理架構的實現之處，該函式對訊息處理的流程如下圖3-11
圖3-11 mosquitto函式的訊息業務處理流程
在上述訊息處理過程中，poll函式返回之後，pollfds陣列中socket描述的pollfd結構的revents成員就會置為相應的就緒狀態，因此只要迴圈掃瞄該陣列，即可根據對應socket完成相應的讀寫操作。
在mosquitto程式中，poll函式所監聽的socket有兩種型別：監聽socket和業務socket，其對應的結果處理函式就分兩個過程來完成。
監聽socket處理過程主要在mosquitto_main_loop函式中直接完成，它主要完成的工作是處理每個監聽socket，如果有客戶端連線進入時，為之建立乙個業務socket和乙個對應的context結構體，context結構體描述了該連線的所有資訊，因此在mosquitto程式中，乙個context就表示乙個客戶端連線。
業務socket的處理主要通過loop_handle_reads_writes函式完成，在該函式中將迴圈檢查所有的context，如果該context對應的socket有資料寫入則呼叫函式_mosquitto_packet_write進行寫操作；如果對應的socket有資料要讀取，則呼叫函式_mosquitto_packet_read完成socket的讀取和處理，其中讀取訊息的處理在函式mqtt3_packet_handle中完成，在該函式中將根據不同的訊息型別，呼叫不同的處理函式，業務socket的訊息讀取及其處理的函式呼叫關係如圖3-12所示。
圖3-12 訊息讀取和處理函式呼叫關係
3.2.3、mosquitto的訊息收發
1、 訊息接收過程是mosquitto伺服器接收到客戶端向某個主體發布一條訊息。
2、 訊息傳送過程是指mosquito伺服器將訊息傳送給訂閱客戶端。
在mosquitto的程式實現中，上述兩個過程是分開實現和操作的：
訊息接收過程，mosquitto伺服器端在收到客戶端向某個主體傳送的訊息之後，會遍歷訂閱樹，找到該主體的訂閱列表，然後將訊息掛到訂閱列表中每個訂閱者的訊息佇列中。需注意的是，此時訊息並實際傳送給訂閱客戶端，只是被掛在了mosquitto服務程式中該客戶端對應的context結構中所定義的訊息佇列中；上述工作過程涉及到的主要函式及其呼叫過程可參照圖3-9所示。
mosquitto的訊息的組裝傳送過程集中在函式mqtt3_db_message_write中完成，其函式呼叫關係如下圖3-13所示。
圖3-13 訊息組裝和傳送函式呼叫關係
3.3、mosquitto的ping/pong功能
1、為什麼mosquitto要引人ping/pong的操作
根據tcp/ip協議的描述，tcp連線建立之後，如果雙方沒有通訊，連線可以一直儲存下去，假如中間路由器崩潰或者中間的某條線路斷開，只要兩端的主機沒有被重啟，連線就一直被保持著。儘管tcp協議規範中未做次要求，但是在很多tcp協議的實際實現中，卻提供了保活定時器的功能，保活定時器一般配置的時間是2小時。在實際的伺服器程式開發過程中，2個小時的連線斷開的時間太長。因此，很多伺服器程式都在上層自己提供保活功能，也就是伺服器程式開發過程中經常提到的：心跳連線或ping/pong訊息等功能。
2、mosquitto的ping/pong功能描述
在mosquitto中，提供了ping/pong功能來判斷連線異常斷開的情況，並通過keepalive的引數來控制檢查時間，一般客戶端需要在keepalive時間內向伺服器傳送一條訊息，表明自己還存在，伺服器會週期檢查與客戶端建立起的每乙個連線，如果某個連線在keepalive*1.5的時間內沒有收到過訊息，則認為這個連線就失效了，於是伺服器將主動斷開這個超時的連線。
mosquitto中，每個客戶端所對應的context中有兩個變數last_msg_out和last_msg_in，分別用於記錄該context上次傳送和接收訊息的時間，然後在mosquitto_main_loop（位於檔案loop.c）中每次迴圈都對每個context的所記錄的訊息收發時間進行檢查，如果超過設定的keepalive時間的1.5倍則斷開此客戶端的連線，因此，如果mosquitto客戶端在keepalive時間內與mosquitto伺服器之間存在任何通訊（無論是普通資訊還是ping/pong訊息，都是如此），mosquitto就認為該客戶端是連線狀態良好的。
3、ping/pong功能對mosquitto效能產生的潛在影響
mosquitto以keepalive*1.5時間作為判斷客戶端連線是否異常斷開的時間界限，這裡keepalive的值對mosquitto的效能會產生較大影響，此值過大，可能無法及時判斷處異常的發生；此值過小，不僅浪費網路頻寬，還可能造成誤判，例如客戶端與伺服器之間tcp連線上的某個伺服器異常重啟，可能會被伺服器誤判為tcp連線斷開了。此值需根據實際情況分析後確定。
mosquitto原始碼分析（五）
本文由逍遙子撰寫，請標註原址 3.2.1 poll機制簡介 poll機制是一種i o多路轉接 i o multiplexing 技術，這種技術先構造乙個有關描述符的表，然後呼叫乙個函式，知道這些描述符中的乙個已準備就緒好進行i o時，該函式才返回，該函式返回之後它告訴程序那些描述符已經準備好進行i ...
uC OS II原始碼分析（五）
每個任務被賦予不同的優先順序等級，從0 級到最低優先順序os lowest pr1o，包括0 和 os lowest pr1o 在內。當 c os 初始化的時候，最低優先順序os lowest pr1o 總是被賦給空閒任務idle task 注意，最多工數目os max tasks 和最低優先順序數...
uC OS II原始碼分析（五）
每個任務被賦予不同的優先順序等級，從0 級到最低優先順序os lowest pr1o，包括0 和 os lowest pr1o 在內。當 c os 初始化的時候，最低優先順序os lowest pr1o 總是被賦給空閒任務idle task 注意，最多工數目os max tasks 和最低優先順序數...