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Mojo 是一个运行时库的集合#xff0c;提供与平台无关的通用 IPC 原语抽象、消息 IDL 格式以及具有针对多种目标语言的代码生成的绑定库#xff0c;以便于跨任意进程间和进程内边界传递消息。 Mojo 分为清晰分离的层#xff0c;子组件的基本层次结构如下#xff…Mojo简介
Mojo 是一个运行时库的集合提供与平台无关的通用 IPC 原语抽象、消息 IDL 格式以及具有针对多种目标语言的代码生成的绑定库以便于跨任意进程间和进程内边界传递消息。 Mojo 分为清晰分离的层子组件的基本层次结构如下 分析Mojo之前我们的思考
笔者在阅读源码前喜欢会去思考“如果让我来设计一个类似的功能的模块我会怎么设计”。然后对比文档去思考为什么会出现思路的差异这种方式可以让我快速掌握一个开源库的设计精髓。 这次也是一样我们想想如果是我们自己设计Mojo这会是什么样的架构和过程。
首先Mojo是跨平台的那么必然有一层platform的平台差异屏蔽层其次跨进程通信在不同平台上的最佳实现方案可能不一样例如有的平台是管道有的平台是共享内存具体如何选择取决于不同平台的性能差异因此我必须将跨平台通信细节进行抽象提取出一些概念用于描述通信的应用层细节。之后两个进程之间的通信之前需要先建立连接因此必然也需要定义一组规则和概念来描述连接的应用层细节。为了增加通信的灵活性我们可以定义一组观察者或者过滤器的规则可以实现对数据流的监测和量化也能实现更灵活的扩展。因此我们需要定义一组规则和概念来实现这个目标。为了让跨平台通信框架更加易于使用我们需要提供一套序列化和反序列化的框架这样可以让通信以自定义结构体的形式进行而非数据流。如果存在大量的通信消息那么我们需要解决不同进程共享头文件使用自定义结构体的形式另外Mojo除了跨平台还需要夸语言那么我们必然不能使用某种语言的结构体定义形式例如C的结构体或者JavaScript友好的Json而是需要定义一种新的规则通过工具自动生成不同语言友好的结构体源码。
上面的5和6本质上可以看作是同一个问题并且我首先想到的是protobuffer库可以实现这两个问题的解法。
带着我们自己的设计思路再去看看Mojo的设计方案。
的Mojo方案
源码目录体积一览 源码重要文件一览排除test源文件按大小排序top的文件如下图 一般来说体积大的源文件表示的功能都比较核心因此这些文件里面对应的功能和概念很大概率是Mojo框架的核心值得每一项进行标注理解。
Mojo的底层Channel
在Mojo中的源码中可以很明显的发现关键字Channel是最底层跨进程通信的关键概念并且能找到平台相关的抽象和实现直接搜索文件名关键字就一览无余了
channel.h
看了一眼mojo\core\channel.h可以发现抽象基类是mojo::core::Channel, 并且定义了许多核心概念包括MessageA message to be written to a channel.、Delegate // Delegate methods are called from the I/O task runner with which the Channel was created (see Channel::Create). 关键回调OnChannelMessage等。 不同平台通过继承抽象基类mojo::core::Channel实现平台相关的读写以mojo\core\channel_win.cc的ChannelWin为例使用Win32API的ReadFile、WriteFile从base::win::ScopedHandle句柄中读写数据这个句柄是构造函数的参数ConnectionParamsTakeEndpoint().TakePlatformHandle().TakeHandle()传入的获取的。
channel相关的重点类解析 PlatformChannel 是一个封装了两个交织在一起的端点的类或结构这些端点属于特定平台的基本通信原语比如在Windows上是管道在Unix系统上是域套接字在macOS上是Mach端口对。其中一个端点被指定为“本地”端点由创建它的进程保留另一个端点被指定为“远程”端点应当传递给外部的进程。 PlatformChannel 可以用来在两个进程之间启动Mojo IPC一种进程间通信机制。通常情况下另一个进程是当前进程的子进程PlatformChannel 提供辅助方法来将端点以这种方式传递给子进程但这种设置在所有平台上并不是强制性的。 如果需要一个允许客户端通过名称来连接的通道比如一个命名管道或者套接字服务器这种类型仅在Windows和POSIX系统上被支持那么可以参考 NamedPlatformChannel。 PlatformChannelServer 这个类负责持有一个 PlatformChannelServerEndpoint 实例并监听一个单一的来自客户端的连接请求。这个类不是线程安全的必须在运行I/O消息泵Message Pump的线程上使用。 PlatformChannelServer 和PlatformChannel 对比 简而言之PlatformChannel 负责创建和管理进程间通信的通道而 PlatformChannelServer 则是在服务端监听和接受这些通道上的连接请求。PlatformChannel 可以看作是连接的“管道”而 PlatformChannelServer 是“水龙头”控制着连接的开启。 PlatformHandle平台句柄类它带有一些额外的类型信息用来表明它是一个通道端点channel endpoint。也就是说它是一种句柄可以被用来作为 MOJO_INVITATION_TRANSPORT_TYPE_CHANNEL 发送或接收邀请到一个远程的 PlatformChannelEndpoint。
结合调用堆栈
Channel的创建 Channel的发送消息 通过调用堆栈可以发现Channel的概念几乎是Mojo最底层的概念了往上走有Router、InterfaceEndpointClient、Message、ChannelMojo概念等。以下是从最底层到更高层的一些核心概念及其作用的介绍 Channel: Channel 是 Mojo IPC 系统中最底层的抽象。它代表了一个底层的通信通道负责在两个进程之间传输原始的字节数据。Channel 封装了操作系统级别的 IPC 机制如套接字或共享内存以便在不同的平台上提供一致的 API。它负责序列化和反序列化消息保证数据的完整性并处理底层的传输细节。 Router: Router 位于 Channel 之上是一个稍高层次的抽象。它负责将发出的消息路由到正确的 Channel并从 Channel 接收消息。Router 还管理消息的生命周期确保消息按照正确的顺序发送和接收并可能处理流控制和重试逻辑。 InterfaceEndpointClient: InterfaceEndpointClient 是 Mojo IPC 中的一个组件它代表了 Mojo 接口的端点。它与 Router 配合以便在 Mojo 接口上发送和接收消息。通常每个 Mojo 接口都有一个或多个方法这些方法对应于可以通过该端点发送的消息类型。InterfaceEndpointClient 会序列化这些方法调用为消息并将它们传递给 Router 进行传输。 Message: Message 是代表 IPC 系统中传递的一个消息实体。它通常包含要传输的数据例如方法调用的参数以及可能的元数据例如消息类型或优先级。在 Mojo IPC 中Message 是发送和接收的基本单位由 Router 和 Channel 处理。 ChannelMojo: ChannelMojo 是 Channel 的一个具体实现它利用 Mojo 系统的底层管道如 MessagePipe来传输数据。ChannelMojo 提供了一个适应 Mojo 管道特性的 Channel 接口使得上层的 Router 和 InterfaceEndpointClient 能够通过 Mojo 管道发送和接收消息。
这些概念共同构成了 Mojo IPC 系统的框架其中每个层次都建立在下一个层次之上提供了逐步更高级别的抽象和功能。开发者可以根据需要选择在哪个层次上与 IPC 系统交互从直接使用 Channel 的字节级操作到通过 InterfaceEndpointClient 的接口级调用。
Mojo的Node
在源码一览中我们发现node.cc是最大的源文件我们以此为线索展开对Node的理解和阅读Node相关文件有 Node.h中NodeChannel是一个核心注释只有一句Wraps a Channel to send and receive Node control messages.
// Wraps a Channel to send and receive Node control messages.
class MOJO_SYSTEM_IMPL_EXPORT NodeChannel: public base::RefCountedDeleteOnSequenceNodeChannel,public Channel::Delegate {public:// .... 略由此可见Channel 是一种底层概念用于抽象化和平滑处理不同平台之间的差异而 Node 概念则在 Channel 的基础上进行了进一步的封装和抽象化。NodeChannel用于定义 Mojo 中与连接、广播、中介Broker、消息传输以及错误处理相关的实现细节。如果用计算机网络的术语进行类比那么 Channel 类似于网络协议栈中的 IP 层它提供了寻址和路由的能力而 NodeChannel则相当于应用层的协议例如 UDP它在更高层次上处理数据的传输和相关逻辑。
那么可以预见Mojo的应用层概念将围绕Node为核心展开。
从上面代码中我们发现NodeChannel中有个重要的嵌入类Delegate。Delegate的概念在chromium广泛存在其实可以理解为Delegate就是一组回调在宿主对象处理逻辑的关键节点时通过Delegate回调转移执行绪以实现行为的定制和扩展的能力。 通过了解Delegate回调的函数组成可以快速了解宿主类的主要功能和关键流程是阅读源码的重要技巧。例如NodeChannel的Delegate的类定义如下 class Delegate {public:virtual ~Delegate() default;virtual void OnAcceptInvitee(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName inviter_name,const ports::NodeName token) 0;virtual void OnAcceptInvitation(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName token,const ports::NodeName invitee_name) 0;virtual void OnAddBrokerClient(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName client_name,base::ProcessHandle process_handle) 0;virtual void OnBrokerClientAdded(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName client_name,PlatformHandle broker_channel) 0;virtual void OnAcceptBrokerClient(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName broker_name,PlatformHandle broker_channel,const uint64_t broker_capabilities) 0;virtual void OnEventMessage(const ports::NodeName from_node,Channel::MessagePtr message) 0;virtual void OnRequestPortMerge(const ports::NodeName from_node,const ports::PortName connector_port_name,const std::string token) 0;virtual void OnRequestIntroduction(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName name) 0;virtual void OnIntroduce(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName name,PlatformHandle channel_handle,const uint64_t remote_capabilities) 0;virtual void OnBroadcast(const ports::NodeName from_node,Channel::MessagePtr message) 0;
#if BUILDFLAG(IS_WIN)virtual void OnRelayEventMessage(const ports::NodeName from_node,base::ProcessHandle from_process,const ports::NodeName destination,Channel::MessagePtr message) 0;virtual void OnEventMessageFromRelay(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName source_node,Channel::MessagePtr message) 0;
#endifvirtual void OnAcceptPeer(const ports::NodeName from_node,const ports::NodeName token,const ports::NodeName peer_name,const ports::PortName port_name) 0;virtual void OnChannelError(const ports::NodeName node,NodeChannel* channel) 0;};通过这个代理类就能很直观地理解NodeChannel的功能和作用。
mojo的Port
在阅读NodeChannel类的时候有一个关键字出现了多次那就是port。在Mojo中port是一个命名空间也是一个重要概念port这个类的头文件注释如下 在 Mojo IPC 系统中“Port”本质上是一个地址的循环列表中的一个节点。为了本文档的目的这样的列表将被称为“路由”route。路由是所有 Node 事件流通的基本媒介因此是所有 Mojo 消息传递的骨干。 每个 Port 都由一个节点参见 node.h内的 128 位地址唯一标识。Port 本身并不真正“做”任何事情它是一系列状态的命名集合而拥有它的 Node 管理所有事件的产生、传输、路由和处理逻辑。有关 Port 如何被用来传输任意用户消息以及其他 Ports 的更多细节请参见 Node。 Ports 可以处于几种状态见下面的 State这些状态决定了它们如何响应以它们为目标的系统事件。在最简单和最常见的情况下Ports 最初是作为一对纠缠在一起的状态即由两个 Ports 组成的简单循环创建的都处于 kReceiving 状态。我们这里将这些 Ports 标为 |A| 和 |B|它们可以使用 Node::CreatePortPair() 创建 ----- -----| |---------| || A | | B || |---------| |----- -----|A| 通过 |peer_node_name| 和 |peer_port_name| 引用 |B|同时 |B| 反过来引用 |A|。请注意一个 Node 永远不会知道是谁向给定的 Port 发送事件它只知道必须从给定的 Port 路由事件到哪里。 为了方便文档描述我们将路由中的一个接收端 Port 称为另一个的“共轭”conjugate。一个接收端 Port 的共轭在初始创建时也是它的对端但由于代理这种关系可能随着时间而改变。 对这个数据结构的所有访问必须通过获取 |lock_|来进行保护这只能通过 PortLocker 实现。PortLocker 确保在单个线程上重叠的 Port 锁获取总是以全局一致的顺序进行。 通过头文件注释感觉似懂非懂看看Port这个类的主要成员和方法吧 Port 类是 Mojo IPC 系统中的一个核心组件它代表了消息传递路径上的一个节点。这个类继承自 base::RefCountedThreadSafePort允许它在多个线程中安全地共享和管理其生命周期。以下是 Port 类的主要功能和特性 State 枚举定义了 Port 可能处于的状态包括 kUninitialized未初始化、kReceiving接收中、kBuffering缓冲中、kProxying代理中和 kClosed已关闭。state 成员变量存储当前 Port 的状态。peer_node_name 和 peer_port_name 成员变量指定了事件应该从该 Port 路由到哪个节点和端口的地址。prev_node_name 和 prev_port_name 成员变量跟踪当前发送消息到这个 Port 的上一个端口用于验证发送方节点是否有权限发送消息到这个端口同时保持接收消息的顺序。pending_merge_peer 成员变量标记这个端口是否准备合并。一系列的序列号成员变量next_control_sequence_num_to_send、next_sequence_num_to_send 等用于跟踪控制和用户消息事件的序列号。message_queue 成员变量存储该 Port 接收到的用户消息队列。此队列只为 kBuffering 或 kReceiving 状态的 Port 提供服务。control_message_queue 成员变量在 Port 处于 kBuffering 状态时暂存即将发送的控制消息。send_on_proxy_removal 成员变量在某些边缘情况下如果这个代理中的Port 被销毁它可能需要记得路由一个特殊的事件。user_data 成员变量附加到 Port 的任意用户数据。在 Mojo 中这通常用于存储通知有关 Port 状态变化的观察者接口。remove_proxy_on_last_message 和 peer_closed 成员变量标志位用于指示 Port 的一些状态如代理何时可以移除以及它的对端 Port 是否已关闭。Port 构造函数用于初始化 Port设置初始的序列号。AssertLockAcquired 方法用于调试中检查是否已获取 Port 的锁。IsNextEvent 方法检查给定的事件是否应该根据序列号和发送方节点接下来处理。NextEvent 方法获取下一个要处理的缓冲事件。BufferEvent 方法将事件缓存以供后续处理。TakePendingMessages 方法清空等待节点验证的事件队列并返回所有用户事件。私有析构函数 ~Port确保 Port 只能通过引用计数安全地销毁。私有成员 lock_用于确保对 Port 数据结构的线程安全访问。PortLocker 友元类用于确保在单个线程上以全局一致的顺序获取重叠的 Port 锁。 该类的设计允许它在 Mojo IPC 系统中作为消息的发送和接收点管理消息的顺序和状态并确保消息在正确的路径上流动。 结合其他源码发现Port和Dispatcher相关逻辑结合紧密另外Port存储了Event的序号等数据信息支持插入事件并且许多数据成员用于Node.cc中实现消息处理可见Port这个类做的事情确实很难和已有的概念类比出来也难怪通过这个类的注释难以一下理解其作用。简而言之Port这个类即负责一部分事件排序和派发相关的逻辑处理也承载了一个寻址的功能。
在 Mojo IPC 系统中Node 通常代表了一个独立的参与者如一个进程它是消息传递路径上的一个物理节点。Node 可以是消息的最初发送者或最终接收者。相比之下Port 是 Node 内部的逻辑上的虚拟节点它负责管理消息的复杂路由、转发以及过滤等操作。每个 Port 都由其所属的 Node 管理并且可以与其他 Node 中的 Port 形成连接从而构成消息传递的网络。 之所以这样设计是为了让两个Node之间可以出现多个连接每个连接就是一对“共轭”的Port。这样每个连接各自的序号seq就不会互相干扰。所以序号的数据就存储在Port类里这也就不奇怪了。正因为Port代表了连接所以数据的过滤和代理也必须面向连接进行因此Port也和相关的类紧密联系。
说实话如果把Port改名为Connection也许会更直观一些。
这里面出现了NodeName和Port Name也顺便看看定义
struct COMPONENT_EXPORT(MOJO_CORE_PORTS) PortName : Name {constexpr PortName() : Name(0, 0) {}constexpr PortName(uint64_t v1, uint64_t v2) : Name(v1, v2) {}
};
struct COMPONENT_EXPORT(MOJO_CORE_PORTS) NodeName : Name {constexpr NodeName() : Name(0, 0) {}constexpr NodeName(uint64_t v1, uint64_t v2) : Name(v1, v2) {}
};接下来
接下来我们继续阅读Mojo模块的代码。了解消息的过滤和派发、序列化和反序列化、Mojom、等功能逻辑。未完待续…
