流媒体学习之路(mediasoup)——Worker（c++）libuv(番外)

流媒体学习之路(mediasoup)——Worker（c++）libuv(番外)

提示：
当mediasoup进程启动时，会检测Node.js服务器是否启动。随后初始化需要用到的各个模块。
分别启动：libUV、建立管道通信模块、读取config、OpenSSL模块、libSRTP模块、UsrSCTP模块、libWebRTC模块、Crypto加密模块、DtlsTransport传输模块、SrtpSession会议模块、两个业务channel模块。
下面对整体的Worker用到的开源模块进行分析对比：

一、libUV基础

??下面给出阿里云评论几个常用的io库的对比：感兴趣请参考https://developer.aliyun.com/article/611321。我主要描述libUV的优点。
libuv是目前影响力最大的io模型库。架构图如下：

??在linux上，libuv是对epoll的封装；在windows上，是对完成端口的封装；在macOS/FreeBSD上，是对kqueue的封装。

uv_loop_t结构体

??uv_loop_t是libuv中最重要的结构体，存储了libuv整个生命周期的数据。下图引用来自知乎——the gc 作者的解析：https://zhuanlan.zhihu.com/p/139127919

uv_loop_init

??uv_loop_init是用于初始化uv_loop_t结构体的。
??下面给出mediasoup代码中的libuv源码：

int uv_loop_init(uv_loop_t* loop) {
    struct heap* timer_heap;int err;/* Initialize libuv itself first *//* 对自身进行初始化 */uv__once_init();/* Create an I/O completion port *//* 创建一个io 完成端口 */ loop->iocp = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 1);if (loop->iocp == NULL)return uv_translate_sys_error(GetLastError());/* To prevent uninitialized memory access, loop->time must be initialized* to zero before calling uv_update_time for the first time.*//* 在uv_update_time访问前初始化loop->time来防止对未初始化的空间进行访问 */  loop->time = 0;uv_update_time(loop);QUEUE_INIT(&loop->wq);QUEUE_INIT(&loop->handle_queue);loop->active_reqs.count = 0;loop->active_handles = 0;loop->pending_reqs_tail = NULL;loop->endgame_handles = NULL;loop->timer_heap = timer_heap = uv__malloc(sizeof(*timer_heap));if (timer_heap == NULL) {
    err = UV_ENOMEM;goto fail_timers_alloc;}heap_init(timer_heap);// 初始化结构体成员loop->check_handles = NULL;loop->prepare_handles = NULL;loop->idle_handles = NULL;loop->next_prepare_handle = NULL;loop->next_check_handle = NULL;loop->next_idle_handle = NULL;memset(&loop->poll_peer_sockets, 0, sizeof loop->poll_peer_sockets);loop->active_tcp_streams = 0;loop->active_udp_streams = 0;loop->timer_counter = 0;loop->stop_flag = 0;// 初始化各类锁err = uv_mutex_init(&loop->wq_mutex);if (err)goto fail_mutex_init;err = uv_async_init(loop, &loop->wq_async, uv__work_done);if (err)goto fail_async_init;uv__handle_unref(&loop->wq_async);loop->wq_async.flags |= UV_HANDLE_INTERNAL;err = uv__loops_add(loop);if (err)goto fail_async_init;return 0;fail_async_init:uv_mutex_destroy(&loop->wq_mutex);fail_mutex_init:uv__free(timer_heap);loop->timer_heap = NULL;fail_timers_alloc:CloseHandle(loop->iocp);loop->iocp = INVALID_HANDLE_VALUE;return err;
}

??当上述初始化完成后，整个libuv将进入一个事件循环。

二、事件循环

??I/O loop 也就是事件循环（Event Loop）是 libuv 的核心组成部分。它为所有 I/O 操作建立内容，实际上这意味着事件循环被绑定到一个单一的线程。可以运行多个不同的事件循环只要它们在不同的线程中。除非另有说明，事件循环（任何涉及事件循环和 handle 的 API）并不是线程安全的。
??所有的异步操作的结果最终在事件循环中被处理，也就是通常所说的回调函数，在事件循环中被调用。因为事件循环线程是单线程模式，所以所有用户代码都在一个线程中运行，libuv 更像是一个调度器，在合适的时候调度用户代码运行。此时，如果用户代码 CPU 密集型的耗时运算，将会阻塞事件循环。
??事件循环是非常常见的单线程异步 I/O 的处理方法：所有（网络）I/O 都在非阻塞的套接字上执行，这些套接字使用给定平台上可用的最佳机制进行轮询：Linux 上使用 epoll，OSX 和其他 BSDs 系统上使用 kqueue，SunOS 使用 event ports，Windows 上使用 IOCP。以上 I/O 轮询作为事件循环迭代的一部分，事件循环将会被阻塞在 I/O 轮询（例如：linux 上的 epoll_pwait 调用），直到被添加到轮询器中的套接字有 IO 活动（事件），事件循环线程将会在有 IO 事件时被唤醒，关联的回调函数将会被调用表明套接字有新的连接，然后便可以在 handles 上进行读、写或其他想要进行的操作 requests。

??图中主要有七个阶段，
??其中 idle、prepare、check 的实现完全相同，调用时间不同，类似于生命周期勾子，这几个阶段目的是允许开发者在事件循环的特定阶段执行代码，在 Node.js 主要用于性能信息收集。这三个阶段的实现代码比较简单，很容易理解。因源代码几乎完全使用宏实现，所以编辑器无法跳转到对应实现，搜索关键字也无法匹配，这里给出源文件路径：src/unix/loop-watcher.c，便于读者找到源文件。
??其余剩下的阶段就主要有 Call pending callbacks Poll for I/O Call close callbacks，这三个阶段主要用于处理 IO 操作等异步操作结果，阅读源码也主要是围绕着这三个阶段的代码展开的。
??各阶段用途描述：

1. Run due timers：处理定时任务；
2. Call pending callbacks：处理上一轮事件循环中因出现错误或者逻辑需要等原因挂起的任务；
3. Run idle handles；
4. Run prepare handles；
5. Poll for I/O：事件循环 则有可能 因为 epoll_wait 而阻塞在这里，这取决于 timeout 参数是否为 0，但是通常情况下，会阻塞到有关注的 IO 事件发送时回，这也直接避免了时间循环一直工作导致占用 CPU 的问题。这个阶段是整个 libuv 事件循环最重要的阶段。libuv 的大部分 handle （都是 I/O 相关的）都依赖该阶段实现。
6. Run check handles：
7. Call close callbacks：清理被关闭的 handles。

三、mediasoup中的调用简介

??mediasoup对libuv的底层调用是通过文件描述符传递，来对io实现读写。
??下面介绍一下流媒体包接收的大致函数，对mediasoup的转发部分管中窥豹。
??下面是传输模块接到rtp包时做的处理。

// UnixStreamSocket 继承了 ConsumerSocket::Listener
// 而 ConsumerSocket::Listener 则是一个socket的监听者，当接到libuv的回调数据时进行处理。// 首先循环事件检测到数据，并执行了回调。此时，UnixStreamSocket 类则进行了读操作。// 括号后代表调用类
执行 OnUvRecv（UDPSocket）|
执行 UserOnUdpDatagramReceived（UDPSocket）|
执行 OnUdpSocketPacketReceived（UDPSocket）|
执行 OnUdpSocketPacketReceived（WebRtcTransport）|
执行 OnPacketReceived（WebRtcTransport）|
执行 OnRtpDataReceived（WebRtcTransport）|
执行 ReceiveRtpPacket（RTC）回调后进行处理转发。

四、总结

??本文主要通过查阅相关博客对libuv进行基本的了解，为mediasoup源码的阅读进行必要的准备。内容可能较于粗浅，也可能存在错误和偏差。但是这样的准备是必不可少的。

作者：阿里云社区——sunsky303 链接：https://developer.aliyun.com/article/611321
作者：知乎——the gc 链接https://zhuanlan.zhihu.com/p/139127919
查阅：https://libuv-docs-chinese.readthedocs.io/zh/latest/loop.html