【Linux网络编程】信号和定时器

总结《Linux高性能服务器编程》10-11章

第10章 信号

• 信号是由用户、系统或者进程发送给目标进程的信息，以通知目标进程某个状态的改变或系统异常；
• Linux信号可由如下条件产生：
  • 对于前台进程，可以通过输入特殊的终端字符来给它发送信号；
  • 系统异常、系统状态变化；
  • 运行kill命令或调用kill函数；
• Linux定义的信号值都大于0；

Linux信号概述

• 发送及接收信号

  • Linux下，一个进程给其他进程发送信号的API是kill函数：

    #include＜sys/types.h＞
    #include＜signal.h＞
    int kill(pid_t pid,int sig);//该函数把信号sig发送给目标进程pid
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    • 成功时返回0，失败则返回-1并设置errno；

  • Linux下，目标进程收到信号时使用的信号处理函数原型

    #include＜signal.h＞
    typedef void(*__sighandler_t)(int);
    
    #include＜bits/signum.h＞
    #define SIG_DFL((__sighandler_t)0) //SIG_DFL表示使用信号的默认处理方式
    #define SIG_IGN((__sighandler_t)1) //SIG_IGN表示忽略目标信号
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• Linux信号

  • Linux的可用信号都定义在bits/signum.h头文件中，其中包括标准信号和POSIX实时信号；
  • 重点关注与网络编程关系紧密的几个信号：SIGHUP、SIGPIPE和SIGURG；

• 中断系统调用

  • 如果程序在执行处于阻塞状态的系统调用时接收到信号，并且设置了信号处理函数，则默认情况下系统调用将被中断，并且errno被设置为EINTR，可以为信号设置SA_RESTART标志以自动重启被该信号中断的系统调用；
  • 对于默认行为是暂停进程的信号（比如SIGSTOP、SIGTTIN），如果我们没有为它们设置信号处理函数，则它们也可以中断某些系统调用（比如connect、epoll_wait）；

信号函数

• 要为一个信号设置处理函数，可以使用signal系统调用

  #include＜signal.h＞
  _sighandler_t signal(int sig,_sighandler_t_handler)
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  • sig参数指出要捕获的信号类型；
  • _handler参数指定信号sig的处理函数；

• 设置信号处理函数的更健壮的接口sigaction系统调用

  #include＜signal.h＞
  int sigaction(int sig, const struct sigaction* act, struct sigaction* oact);
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  • sig参数指出要捕获的信号类型，act参数指定新的信号处理方式，oact参数则=输出信号先前的处理方式（如果不为NULL的话）；
  • sigaction结构体描述了信号处理的细节，如信号处理函数，进程掩码，信号集，收到信号后的行为等；

信号集

• 信号集函数

  #include＜bits/sigset.h＞
  #define_SIGSET_NWORDS(1024/(8*sizeof(unsigned long int)))
  typedef struct
  {
  unsigned long int__val[_SIGSET_NWORDS];
  }__sigset_t;
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  • sigset_t实际上是一个长整型数组，数组的每个元素的每个位表示一个信号，这种定义方式和文件描述符集fd_set类似；
  • Linux提供了如下一组函数来设置、修改、删除和查询信号集：

  #include＜signal.h＞
  int sigemptyset(sigset_t*_set)/*清空信号集*/
  int sigfillset(sigset_t*_set)/*在信号集中设置所有信号*/
  int sigaddset(sigset_t*_set, int_signo)/*将信号_signo添加至信号集中*/
  int sigdelset(sigset_t*_set, int_signo)/*将信号_signo从信号集中删除*/
  int sigismember(_const sigset_t*_set, int_signo)/*测试_signo是否在信号集中*/
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• 进程信号掩码

  • 以指定哪些信号不能发送给本进程；

  • 可以利用sigaction结构体的sa_mask成员来设置进程的信号掩码；

  • 可以用sigprocmask函数设置或查看进程的信号掩码；

    #include＜signal.h＞
    int sigprocmask(int how, const sigset_t * set, sigset_t * oset;
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    • set参数指定新的信号掩码，oset参数则输出原来的信号掩码，how参数指定设置进程信号掩码的方式（如交集、并集等）；

• 被挂起的信号

  • 如果给进程发送一个被屏蔽的信号，则操作系统将该信号设置为进程的一个被挂起的信号；

  • 取消对被挂起信号的屏蔽，则它能立即被进程接收到；

  • 如下函数可以获得进程当前被挂起的信号集

    #include＜signal.h＞
    int sigpending(sigset_t*set);
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统一事件源

• 信号是一种异步事件：信号处理函数和程序的主循环是两条不同的执行路线；
• 信号处理函数通常使用管道来将信号“传递”给主循环：信号处理函数往管道的写端写入信号值，主循环则从管道的读端读出该信号值；
• 统一事件源：使用I/O复用系统调用来监听管道的读端文件描述符上的可读事件，信号事件就能和其他I/O事件一样被处理；

代码清单10-1 统一事件源

网络编程相关信号

• SIGHUP

  • 当挂起进程的控制终端时，SIGHUP信号将被触发；
  • 对于没有控制终端的网络后台程序而言，通常利用SIGHUP信号来强制服务器重读配置文件；

• SIGPIPE

  • 默认情况下，往一个读端关闭的管道或socket连接中写数据将引发SIGPIPE信号，程序接收到SIGPIPE信号的默认行为是结束进程；
  • 需要在代码中捕获并处理该信号，或者至少忽略它，否则将因错误的写操作而导致程序退出；
    • 引起SIGPIPE信号的写操作将设置errno为EPIPE；
    • 使用send函数的MSG_NOSIGNAL标志来禁止写操作触发SIGPIPE信号；
    • 利用I/O复用系统调用来检测管道和socket连接的读端是否已经关闭；

• SIGURG

  • 在Linux环境下，内核通知应用程序带外数据到达主要有两种方法：
    • I/O复用技术：select等系统调用在接收到带外数据时将返回并报告socket上的异常事件；
    • 使用SIGURG信号；

第11章 定时器

• 定时是指在一段时间之后触发某段代码的机制，可以在这段代码中依次处理所有到期的定时器；
• 要将每个定时事件分别封装成定时器，然后放在定时器容器中并统一管理；

socket选项SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIMEO

• 用来设置socket接收数据超时时间和发送数据超时时间，仅对与数据接收和发送相关的socket专用系统调用有效；

  

代码清单11-1 设置connect超时时间

SIGALRM信号

• 由alarm和setitimer函数设置的实时闹钟一旦超时，将触发SIGALRM信号，可以利用该信号的信号处理函数来处理定时任务；
• 一般SIGALRM信号按照固定的频率生成，即由alarm或setitimer函数设置的定时周期T保持不变，因此T反映了定时的精度；
• 服务器程序通常要定期处理非活动连接：给客户端发一个重连请求，或者关闭该连接，或者其他；
  • 可以通过socket选项KEEPALIVE来激活；
  • 或利用定时器在应用层实现类似的机制，以管理所有长时间处于非活动状态的连接；

I/O复用系统调用的超时参数

• Linux下的3组I/O复用系统调用都带有超时参数，因此它们不仅能统一处理信号和I/O事件，也能统一处理定时事件；

代码清单11-4 利用I/O复用系统调用定时

高性能定时器

• 时间轮

  

  • （实线）指针指向轮子上的一个槽（slot），它以恒定的速度顺时针转动，每转动一步就指向下一个槽；
  • 每次转动称为一个滴答（tick）。一个滴答的时间称为时间轮的槽间隔si（slot interval），即心搏时间；
  • 每个槽指向一条定时器链表，每条链表上的定时器具有相同的特征：它们的定时时间相差N*si的整数倍，时间轮正是利用这个关系将定时器散列到不同的链表中，插入操作的效率更高；

• 时间堆

  • 将所有定时器中超时时间最小的一个定时器的超时值作为心搏间隔，一旦心搏函数tick被调用，超时时间最小的定时器必然到期，就可以在tick函数中处理该定时器；
  • 最小堆很适合处理这种定时方案；