Graphviz 画图的一些总结

Graphviz

Graphviz 是一个自动排版的作图软件，可以生成 png pdf 等格式。

dot 语法介绍
部分图形属性介绍
示例
使用VSCode进行预览生成
参考

dot 语言

Graphviz 构建组件为图，节点，边，用属性对其进行描述。

以下是定义DOT语言的抽象语法，约束的规则如下：

元素的终止以粗体显示
文字字符用单引号 '' 引起来
圆括号 () 的内容为必选项
方括号 [] 为可选项目
竖杠 | 为择一选择

声明	结构
graph	[ strict ] (graph \| digraph) [ ID ] '{' stmt_list '}'
stmt_list	[ stmt [ ';' ] stmt_list ]
stmt	node_stmt \| edge_stmt \| attr_stmt \| ID '=' ID \| subgraph
attr_stmt	(graph \| node \| edge) attr_list
attr_list	'[' [ a_list ] ']' [ attr_list ]
a_list	ID '=' ID [ (';' \| ',') ] [ a_list ]
edge_stmt	(node_id \| subgraph) edgeRHS [ attr_list ]
edgeRHS	edgeop (node_id \| subgraph) [ edgeRHS ]
node_stmt	node_id [ attr_list ]
node_id	ID [ port ]
port	':' ID [ ':' compass_pt ] \| ':' compass_pt
subgraph	[ subgraph [ ID ] ] '{' stmt_list '}'
compass_pt	(n \| ne \| e \| se \| s \| sw \| w \| nw \| c \| _)

ID 其实就是一个字符串，为该组件的名称或者属性的名称，命名规则如下：

所有的字母 [a-zA-Z200-377] 下划线，数字 [0-9]，数字不能出现在起始位置
纯数字 $[-]^?(.[0-9]^+ | [0-9]^+(.[0-9]*)6? $
所有用双引号引用的字符串 "..."
HTML 格式的字符串 <>

dot 语法的关键字

strict, 严格的图限定，禁止创建多个相同的边
graph, 无向图. 在图的创建时必须声明为有向图还是无向图
digraph, 有向图
node, 节点
edge, 边
subgraph, 子图

通过 dot 的抽象语法可以看到

整个 graph 必须使用 graph 或 digraph {} 进行限定说明图的属性
图里面的声明列表可以为空，也可以为多个，每个声明后的 ; 为可选项
声明有几种类型
1. 节点 node
2. 边 edge
3. 子图 subgraph
4. 属性列表
5. ID = ID, 这个类型暂时还没有看到有什么作用
属性列表
1. 必须使用中括号 [ ] 将列表项括起来
2. 列表项为可选
属性列表项
1. 以 key = value 的形式存在，列表项可选择 ',' 和 ';' 结尾
2. 可存在多个列表项
边的声明
1. 首端为节点标识符或者子图，
2. 右部分由边连接节点标识符或者子图构成，右部分可以存在多个
3. 尾部可选属性列表

节点的声明

示例 节点的用法
node0 [label = "<postid1> string|<postid2> string|<postid3> string3", height=.5]`
node0:head[color=lightblue]  // 设置该部分的颜色

首部为节点标识符节点部分(post) 方向组成，其中后两项为可选项。
后半部分为可选的属性列表

方向	说明
n	north 北
ne	north east
e	east 东
se	south east 东南
s	south 南
sw	south west 西南
w	west 西
nw	north west 西北
c	center 中部
_	任意

一个方向的示例

digraph action {
    node [shape = record,height=.1];

    node0 [label = "<head> head|<body> body|<foot> foot", height=.5]
    node2 [shape = box label="mind"]

    node0:head:n -> node2:n [label = "n"]
    node0:head:ne -> node2:ne [label = "ne"]
    node0:head:e -> node2:e [label = "e"]
    node0:head:se -> node2:se [label = "se"]
    node0:head:s -> node2:s [label = "s"]
    node0:head:sw -> node2:sw [label = "sw"]
    node0:head:w -> node2:w [label = "w"]
    node0:head:nw -> node2:nw [label = "nw"]
    node0:head:c -> node2:c [label = "c"]
    node0:head:_ -> node2:_ [label = "_"]

    node0:body[style=filled color=lightblue]
}

效果如下 图-1

一个图中有非常多的 node 和 edge，如果每次都需要声明一个节点的属性会非常麻烦，有一个简单的方式为声明一个公共的属性如

digraph action {
    rankdir = LR // 设置方向
    node [shape=box color=blue]
    edge [color=red]

    node1 // 默认节点属性
    node2 [color=lightblue] // 属于该节点的颜色属性
    node1 -> node2 // 默认边属性 
    node2 -> node1 [color=green] // 属于该变的属性
}

在声明位置之后的节点都有一个默认的形状和颜色属性。

全部的属性见graphviz官网，这里列举部分常用的属性

charset 编码，一般设置 UTF-8
fontname 字体名称，这个在中文的情况需要设置，否则导出图片的时候会乱码，一般设置微软雅黑("Microsoft YaHei"), linux 下也是同样设置系统带的字体就好，其他字体设置见fontpath 属性
fontcolor 字体颜色
fontsize 字体大小，用于文本内容
fillcolor 用于填充节点或者集群(cluster)的背景颜色。
size 图形的最大宽度和高度
label　图形上的文本标记
margin 设置图形的边距
pad 指定将绘制区域扩展到绘制图形所需的最小区域的长度（以英寸为单位）
style 设置图形组件的样式信息。对于聚类子图或者节点，如果style = "filled"，则填充聚类框的背景
rankdir 设置图形布局的排列方向 (全局只有一个生效). "TB", "LR", "BT", "RL", 分别对应于从上到下，从左到右，从下到上和从右到左绘制的有向图。
ranksep 以英寸为单位提供所需的排列间隔
ratio 设置生成图片的纵横比

节点（node）

节点的默认属性为 shape = ellipse, width = .75, height = 0.5 并且用节点标识符作为节点的显示文字。

如图一中所示，声明两个节点 node0 和 node2，node0 或 node2 就表示这个节点的节点标识符，后面紧跟的是该节点的属性列表；另一种用法为节点标识符:节点部分:方向[属性列表] node0:body[style=filled color=lightblue], 这个为单一节点声明的方式。

节点中最基本的属性为：

shape 形状，全部形状见graphviz官网，一些常用的图形有
width height, 图形的宽度和高度，如果设置了 fixedsize 为 true，则宽和高为最终的长度
fixedsize, 如果为false，节点的大小由其文本内容所需要的最小值决定
rank 子图中节点上的排列等级约束. 最小等级是最顶部或最左侧，最大等级是最底部或最右侧。
- same. 所有节点都位于同一等级
- min. 所有节点都位于最小等级上
- source. 所有节点都位于最小等级上，并且最小等级上的唯一节点属于某个等级 source 或 min 的子图.
- max sink. 和上类似

边 (edge)

有向图中的的边用 -> 表示，无向图用 -- 表示。

可以同时连接多个节点或者子图，但是只能有一个属性列表，如下

digraph {
	rankdir = LR
	A -> B -> c[color=green]
}

一些关于边的属性如下：

digraph {
	rankdir = LR
	splines = ortho

	A -> B -> C -> D -> F [color = green]
	E -> F -> B -> D [color = blue]
	B -> E -> H[color = red]
}

len 首选边的长度
weight 边的权重, 权重越大越接近边的长度
lhead 逻辑边缘的头部(箭头那个位置)，compound 设置为 true 时，边被裁减到子图的边界处
ltail 类似 lhead
headlabel 边上靠近箭头部分的标签
taillabel 边上靠近尾部部分的标签
设置 A->B->C->D->F的权重最大，修改绿色的分支的权重为 100，使其变成主要逻辑分支。
splines 控制如何以及是否表示边缘。其值如下
- none 或者 "", 无边
- true 或者 spline, 样条线（无规则，可为直或者曲线）
- false 或者 line, 直线段
- polyline, 折线
- curved, 曲弧线，两条？
- ortho, 正直的线（横竖）
dir 设置绘制箭头的边缘类型

子图

subgraph 必须配合 cluster 一起使用，用法为 subgraph cluster* {}

需要设置 compound 为 true，则在群集之间留出边缘，子图的边界关系在边的定义中有给出，这里直接给个示例。

digraph G {
	compound = true  // 允许子图间存在边
	ranksep = 1
	node [shape = record]

	subgraph cluster_hardware {
		label = "hardware"
		color = lightblue
		CPU Memory
	}

	subgraph cluster_kernel {
		label = "kernel"
		color = green
		Init IPC
	}

	subgraph cluster_libc {
		label = "libc"
		color = yellow
		glibc
	}

	CPU -> Init [lhead = cluster_kernel ltail = cluster_hardware]
	IPC -> glibc [lhead = cluster_libc ltail = cluster_kernel]
}

示例

TCP IP 状态流程图

展示了两个版本，怎么把这些图形节点稍微规范的显示出来

digraph {
	compound=true
	fontsize=10
	margin="0,0"
	ranksep = .75
	nodesep = .65

	node [shape=Mrecord fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=12, penwidth=0.5]
	edge [fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, arrowhead=normal]


	"TCP/IP State Transition" [shape = "plaintext", fontsize = 16]

	// now start server state transition
	"CLOSED" -> "LISTEN" [style = blod, label = "应用：被动打开
发送：<无>"];
	"LISTEN" -> "SENT_REVD" [style = blod, label = "接收：SYN
发送：SYN,ACK"]
	"SENT_REVD" -> "ESTABLISHED" [style = blod, label = "接收：ACK
发送：<无>", weight = 20]
	"ESTABLISHED" -> "CLOSE_WAIT" [style = blod, label = "接收：FIN
发送：ACK", weight = 20]

	subgraph cluster_passive_close {	
		style = dotted
		margin = 10

		passive_close [shape = plaintext, label = "被动关闭", fontsize = 14]

		"CLOSE_WAIT" -> "LAST_ACK" [style = blod, label = "应用：关闭
发送：FIN", weight = 10]
	}
	"LAST_ACK" -> "CLOSED" [style = blod, label = "接收：ACK
发送：<无>"]

	// now start client state transition
	"CLOSED" -> "SYN_SENT" [style = dashed, label = "应用：主动打开
发送：SYN"];	
	"SYN_SENT" -> "ESTABLISHED" [style = dashed, label = "接收：SYN,ACK
发送：ACK", weight = 25]
	"SYN_SENT" -> "SENT_REVD" [style = dotted, label = "接收：SYN
发送：SYN,ACK
同时打开"]
	"ESTABLISHED" -> "FIN_WAIT_1" [style = dashed, label = "应用：关闭
发送：FIN", weight = 20]
	
	subgraph cluster_active_close {
		style = dotted
		margin = 10
		
		active_open [shape = plaintext, label = "主动关闭", fontsize = 14]

		"FIN_WAIT_1" -> "FIN_WAIT_2" [style = dashed, label = "接收：ACK
发送：<无>"]
		"FIN_WAIT_2" -> "TIME_WAIT" [style = dashed, label = "接收：FIN
发送：ACK"]
		"FIN_WAIT_1" -> "CLOSING" [style = dotted, label = "接收：ACK
发送：<无>"]
		"FIN_WAIT_1" -> "TIME_WAIT" [style = dotted, label = "接收：SYN,ACK
发送：ACK"]
		"CLOSING" -> "TIME_WAIT" [style = dotted]
	}
	
	"TIME_WAIT" -> "CLOSED" [style = dashed, label = "2MSL超时"]
}

这是一个很挫的版本，排版乱飞了。

digraph rankdot {
	compound=true
	margin="0,0"
	ranksep = .75
	nodesep = 1
	pad = .5
	//splines = ortho

	node [shape=Mrecord, charset = "UTF-8" fontname="Microsoft YaHei", fontsize=14]
	edge [charset = "UTF-8" fontname="Microsoft YaHei", fontsize=11, arrowhead = normal]


	CLOSED -> LISTEN [style = dashed, label = "应用：被动打开
发送：<无>", weight = 100];
	
	"TCP/IP State Transition" [shape = "plaintext", fontsize = 16]

	{
		rank = same
		SYN_RCVD SYN_SENT
		point_1 [shape = point, width = 0]
		
		SYN_SENT -> point_1 [style = dotted, label = "应用关闭或者超时"]
		// SYN_SENT -> SYN_RCVD 这个一行代码和上一行冲突了，syn_sent 会在syn_rcvd右边
		SYN_RCVD -> SYN_SENT [style = dotted, dir = back, headlabel = "接收：SYN
发送：SYN,ACK
同时打开"]
	}

	LISTEN -> SYN_RCVD [style = dashed, headlabel = "接收：SYN
发送：SYN,ACK"]
	SYN_RCVD -> LISTEN [style = dotted, headlabel = "接收：RST"]
	CLOSED:es -> SYN_SENT [style = blod, label = "应用：主动打开
发送：SYN"]

	{
		rank = same
		ESTABLISHED CLOSE_WAIT

		ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT [style = dashed, label = "接收：SYN,ACK
发送：ACK"]
	}

	SYN_RCVD -> ESTABLISHED [style = dashed, label = "接收：ACK
发送：<无>", weight = 9]
	SYN_SENT -> ESTABLISHED  [style = blod, label = "接收：SYN,ACK
发送：ACK", weight = 10]

	{
		rank = same

		FIN_WAIT_1
		CLOSING 
		LAST_ACK
		point_2 [shape = point, width = 0]

		FIN_WAIT_1 -> CLOSING [style = dotted, label = "接收：FIN
发送：ACK"]
		LAST_ACK -> point_2 [style = dashed, label = "接收：ACK
发送：<无>"]
	}

	CLOSE_WAIT -> LAST_ACK [style = dashed, label = "应用：关闭
发送：FIN", weight = 10]

	{
		rank = same
		FIN_WAIT_2  TIME_WAIT

		point_3 [shape = point, width = 0]
		TIME_WAIT -> point_3 [style = blod, label = "2MSL超时"]
	}

	ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1 [style = blod, label = "应用：关闭
发送：FIN"]
	FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2 [style = blod, headlabel = "接收：ACK
发送：<无>", weight = 15]
	FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT [style = blod, label = "接收：FIN
发送：ACK", weight = 10]

	CLOSING -> TIME_WAIT [style = dotted, label = "接收：ACK
发送：<无>", weight = 15]
	FIN_WAIT_1 -> TIME_WAIT [style = dotted, label = "接收：ACK
发送：<无>"]

	point_3 -> point_2 [arrowhead = none, style = dotted, weight = 10]
	point_2 -> point_1 [arrowhead = none, style = dotted]
	point_1 -> CLOSED [style = dotted]
}

这个版本看起来有内味了，最最最的主要的原因就是我使用 rank = same 属性，将一些图形固定在 同一行，一些需要横竖的直线的地方使用 weight 来调整权重，达到横竖的直接的效果，很多地方都是微调的结果。有一个很差的地方是使用了rank限制若干图形后，就不能使用 subgraph 属性了，这样就不能在若干不同部分的节点周边画线（对比关闭的区域）了。

epoll 相关数据结构及关系

digraph rankdot {
	compound=true
	margin="0,0"
	ranksep = .75
	nodesep = 1
	pad = .5
	rankdir = LR

	node [shape=record, charset = "UTF-8" fontname="Microsoft YaHei", fontsize=14]
	edge [style = dashed, charset = "UTF-8" fontname="Microsoft YaHei", fontsize=11]

	epoll [shape = plaintext, label = "epoll 相关结构及部分关系"]

	eventpoll [
		color = cornflowerblue,
		label = "<eventpoll> struct 
 eventpoll |
			<lock> spinlock_t lock; |
			<mutex> struct mutex mtx; |
			<wq> wait_queue_head_t wq; |
			<poll_wait> wait_queue_head_t poll_wait; |
			<rdllist> struct list_head rdllist; |
			<ovflist> struct epitem *ovflist; |
			<rbr> struct rb_root_cached rbr; |
			<ws> struct wakeup_source *ws; |
			<user> struct user_struct *user; |
			<file> struct file *file; |
			<visited> int visited; |
			<visited_list_link> struct list_head visited_list_link;"
	]

	epitem [
		color = sienna,
		label = "<epitem> struct 
 epitem  |
			<rb>struct rb_node rbn;
struct rcu_head rcu; |
			<rdllink> struct list_head rdllink; |
			<next> struct epitem *next; |
			<ffd> struct epoll_filefd ffd; |
			<nwait> int nwait; |
			<pwqlist> struct list_head pwqlist; |
			<ep> struct eventpoll *ep; |
			<fllink> struct list_head fllink; |
			<ws> struct wakeup_source __rcu *ws; |
			<event> struct epoll_event event;"
	]

	epitem2 [
		color = sienna,
		label = "<epitem> struct 
 epitem |
			<rb>struct rb_node rbn;
struct rcu_head rcu; |
			<rdllink> struct list_head rdllink; |
			<next> struct epitem *next; |
			<ep> struct eventpoll *ep; |
			 ··· |
			 ··· "
	]

	eppoll_entry [
		color = darkviolet,
		label = "<entry> struct 
 eppoll_entry |
			<llink> struct list_head llink; |
			<base> struct epitem *base; |
			<wait> wait_queue_entry_t wait; |
			<whead> wait_queue_head_t *whead;"
	]

	epitem:ep -> eventpoll:se [color = sienna]
	epitem2:ep -> eventpoll:se [color = sienna]
	eventpoll:ovflist -> epitem:next -> epitem2:next [color = cornflowerblue]
	eventpoll:rdllist -> epitem:rdllink -> epitem2:rdllink [dir = both]
	eppoll_entry:llink -> epitem:pwqlist [color = darkviolet]
	eppoll_entry:base -> epitem:nw  [color = darkviolet]
}

遗留问题

在以上TCP/IP 状态变迁图中，尝试增加主动关闭方的区域边框
尝试增加 TCP/IP 的时序图

使用 VSCode 进行预览生成

在官网下载graphviz安装包
安装 vscode 插件 Graphviz Preview
在 settings.json 中添加 "graphvizPreview.dotPath": "graphviz_pathgraphviz-2.38\release\bin\dot.exe" , graphviz_path 为所在路径，这些修改一下既可
新建一个 dot 文件，右上角就会有预览生成的按钮了

12/05 更新，用了一圈发现并没有那么好用，自动排版是优势，但有的时候也是劣势，需要固定位置的作图时还是手动控制比较好一些，ProcessOn 用了几次觉得很不错，推荐！

参考

graphviz官方文档

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