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Aeron是如何实现的？—— Conductor

BUG侦探 2021-11-10
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接上文
《Aeron是什么？》
《Aeron中这么多空闲策略选哪个？》

0. 简介

最近我们用 Aeron 实现了 Mesh agent 与 sdk 之间的共享内存通信，但是在使用过程中越来越感觉到 Aeron 框架太重了，其中很大部分功能完全用不到，有些想要自定义的逻辑很难在现有框架中实现。
所以我们计划深入到 Aeron 源码中，看看它是如何实现的，最终尝试实现一个轻量的 Mesh 共享内存通信类库。
再回过头来看一下这张架构图：
Media Driver 组件负责管理数据通过媒介（UDP 或 IPC）的发送与接收。其中的 Sender 和 Receiver 负责数据的发送与接收，Driver Conductor 接收 Aeron Client 的命令，协调 Media Driver 的动作。
本文将分析一下 Driver Conductor 的实现，以及与 Client Conductor 的交互逻辑。

1. Driver Conductor 主干逻辑

Driver Conductor 的逻辑封装在 io.aeron.driver.DriverConductor 类中，该类是一个 org.agrona.concurrent.Agent，所以直接看一下 doWork() 方法：

  1. processTimers(nowNs) 处理心跳和超时

  2. clientCommandAdapter.receive() 处理来自 Client Conductor 的命令（也就是上图中的红线）

  3. driverCmdQueue.drain(...) 处理来自 Sender 和 Receiver 的命令（也就是上图中的蓝线）

  4. 维护 publisher 的 limit 位置

  5. name resolver

本文主要分析第 2 部分，其它暂且不看。

2. Client Conductor --> Driver Conductor

Driver Conductor 处理命令的逻辑封装在 io.aeron.driver.ClientCommandAdapter 中。业务逻辑在 onMessage 方法中，也就是针对不同 msgTypeId 调用对应的处理函数。
命令传输的逻辑封装在 toDriverCommands 中，他是一个 RingBuffer，其初始化逻辑在 io.aeron.driver.MediaDriver.Context 的 concludeDependantProperties() 方法中：
可见就是将 cncByteBuffer 的一部分包装为ManyToOneRingBuffer，Client Conductor 写入命令，Driver Conductor 处理命令。

2.1 cncByteBuffer 是什么？

cncByteBuffer 是 ${aeronDirectory}/cnc.dat 文件 mmap 映射的内存，而${aeronDirectory} 默认是在/dev/shm/下，也就是说这是一块共享内存。
具体看一下初始化逻辑，位于io.aeron.driver.MediaDriver.Context 的 conclude() 方法中：
mmap 映射的逻辑在 org.agrona.IoUtil 的 mapNewFile 方法中：
暂且不再深究操作系统细节，回到 cnc.dat 文件，其格式定义在 io.aeron.CncFileDescriptor 中：
toDriverCommands也就是基于 ”to-driver Buffer“ 包装的ManyToOneRingBuffer。Client Conductor 通过 cnc.dat 中的这部分共享内存向 Driver Conductor 发命令。

2.2 ManyToOneRingBuffer 是个啥？

顾名思义就是个环形缓冲区，状态信息存储在 buffer 末尾：

  1. tailPosition 维护尾部的位置信息

  2. headPosition 和 headCachePosition 维护头部的位置信息

  3. correlationIdCounter 用于生成唯一的命令 ID，用于关联命令响应

  4. consumerHeartbeat 消费端的心跳，也就是消费时更新个时间戳（更新的逻辑就位于上面提到的processTimers(nowNs) 方法中）

2.3 Client Conductor 如何发送命令？

Client Conductor 向 Driver Conductor ”建连接“ 的逻辑位于io.aeron.Aeron.Context的connectToDriver中：
此处用”建连接“这个词并不准确，该步骤的主要逻辑是判断driverTimeoutMs时间（默认10s）内 Driver 是否准备就绪。
判断标准有三个，在超时时间内：

  1. cnc.dat 文件可以映射

  2. cncVersion 信息不为空，也就是已经初始了

  3. to-driver Buffer 有心跳，也就是 Driver 的消费逻辑正常启动了

发送命令的逻辑比较清晰，以ADD_PUBLICATION为例：

3. Driver Conductor --> Client Conductor

上面是 Client Conductor 向 Driver Conductor 发送命令的逻辑，接下来看一下 Driver Conductor 向 Client Conductor 回复响应的逻辑。
实际上实现方式是一样的，只场景稍微有些区别，所以用到的工具类不一样。
Driver Conductor 向 Client Conductor 回复响应用的是 cnc.dat 中的 to-clients Buffer，具体封装在io.aeron.driver.ClientProxy 中，初始化逻辑为：
由于存在多个 Aeron Client 连接一个 Media Driver，所以回复响应使用的是一个广播的工具类org.agrona.concurrent.broadcast.BroadcastTransmitter，Client 根据 id 匹配需要的响应消息。
Client Conductor 对应的消费逻辑封装在io.aeron.DriverEventsAdapter中，消费用到的广播工具类为org.agrona.concurrent.broadcast.BroadcastReceiver
这一对广播工具类的细节就不展开了。



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