xuqiuwen / gmp_co_net

基于GMP模型实现的协程网络框架

关键技术：C++20、linux io_uring、事件驱动、协程、并发编程

代码菜鸡的菜鸡代码，未经过严格测试，慎用

简要介绍

结合C++20的协程特性和linux的io_uring接口，实现支持高效的异步I/O和任务调度的网络框架，为I/O密集型应用提供一个高效的异步执行环境。

• 无锁并发数据结构：实现无锁队列并发数据结构管理协程和事件
• 异步I/O模型：实现基于io_uring和事件循环的异步I/O处理模型
• 协程调度与管理：借鉴Golang的GMP并发模型，实现M:N协程调度器
• 协程间通信机制：实现基于Channel的协程间通信机制
• CPU负载均衡：实现协程窃取机制
• 外部接口：仿照Golang的语言特性，实现用户友好的协程接口

一个示例

利用库编写了一个简易的回声服务器示例

make pack ;生成libgoroutine库
make server ;生成 server.out
make client ;生成 client.out
./server.out 8888 ;运行 server.out
./client.out 8888 ;运行 client.out

使用方法

引入头文件

#include "LibGoRoutine.h"

定义了一些宏/函数

宏定义/函数	描述	使用示例
GO_START	启动运行时，用于初始化协程环境。	GO_START
GO(func)	启动一个新的协程。	GO(myRoutine)
GO_WRITE(a, b, c)	协程写操作，将数据写入指定的文件描述符。返回值为实际写出大小。	GO_WRITE(fd, buffer, size)
GO_READ(a, b, c)	协程读操作，从指定的文件描述符读取数据。返回值为实际读入大小。	GO_READ(fd, buffer, size)
GO_SLEEP(a, b)	协程休眠操作，将该协程休眠一段时间。	GO_SLEEP(seconds, nanoseconds)
GO_CHANNEL	定义一个协程间通信的通道。	GO_CHANNEL<int> foo;
foo.write(bar)	协程间通信的通道的写操作。	co_await foo.write(1234)
foo.read()	协程间通信的通道的读操作，返回值为读到的值 。	auto bar = co_await foo.read()

模块间依赖关系

待添加功能

• memory_order_seq_cst改为更松的限制
• 底层可选epoll作为事件监听机制，作为对照
• 调整窃取策略和本地队列的调度方法，调整阻塞后协程调度策略
• 为每achine配备一个AsyncIO，相应的事件哈希映射也要拆分每个machine一个

性能优化

针对 echo_server 进行性能优化

优化方向

有两个地方使用了 mutex 互斥，事件循环的事件映射哈希表 和 io_uring 线程安全的互斥访问

• 事件映射：无锁哈希表、自旋锁，锁分离技术
• io_uring：批提交、自旋锁

优化结果

Machine数量	事件循环	io_uring	QPS
2	SpinLock	不优化	25193.3
4	SpinLock	不优化	18611.8
2	锁分离	不优化	23372.7
4	锁分离	不优化	18611.8
2	不优化	SpinLock	47041
4	不优化	SpinLock	30855.1
2	SpinLock	SpinLock	48620.2
4	SpinLock	SpinLock	31322.3
2	锁分离	SpinLock	48143.6
4	锁分离	SpinLock	30270.8