【Linux高性能服务器编程】信号处理方法之统一事件源

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2023-09-25 20:36 38阅读 0赞

### 目录 ###

*  为什么要用统一事件源
 *  统一事件源的概念
 *  统一事件源的应用

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# 为什么要用统一事件源 #

**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径**。即当进程收到信号时，操作系统会中断进程当前的正常流程，转而进入信号处理函数去处理信号，完成后再返回中断的地方继续执行。

很显然，信号处理函数需要尽可能地快速执行完毕，以确保该信号不会被屏蔽太久。因为为了避免信号竞态条件的发生，信号处理期间系统不会再次触发它。

**解决方法：**  
一种典型的解决方法是：把信号的主要处理逻辑放到程序的主循环中，当信号处理函数被触发时，它只是简单的通知主循环程序接收到信号，并把信号值传递给主循环，主循环再根据接收到的信号执行目标信号对应的逻辑代码。

信号处理函数通常使用管道来将信号“传递”给主循环的：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信号值。那么主循环怎么知道管道上何时有数据可读呢？这很简单，我们只需要使用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。如此一来，信号事件就能和其他I/O事件一样被处理了。

# 统一事件源的概念 #

统一事件源，即将信号和其他事件一样进行处理。

具体就是信号处理函数使用管道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信号值，使用I/O复用系统调用来监听管道读端的可读事件，这样信号事件与其他文件描述符都可以通过`epoll`来监测，从而实现统一处理。

很多优秀的I/O框架库和后台服务器程序都统一处理信号和I/O事件，比如`Libevent I/O` 框架库和 `xinetd` 超级服务。以下是一个统一事件源的简单实现。

# 统一事件源的应用 #

**信号处理函数：**

//信号处理函数
    void sig_handler(int sig)
    {
        
        //保留原来的errno，在函数最后恢复，以保证函数的可重入性
        int save_errno = errno;
        int msg = sig;
        send(pipefd[1], (char* )&msg, 1, 0);
        errno = save_errno;
    }

这里信号处理的方式只是通过管道向主循环发生信号，将信号交给主喜欢出现进行处理，以达到统一事件源的目的。

**添加信号到信号处理函数：**

void addsig(int sig)
    {
        
    	//创建sigaction结构体变量
        struct sigaction sa;
        memset(&sa, 0, sizeof(sa));
        //信号处理函数中仅仅发送信号值，不做对应逻辑处理
        sa.sa_handler = sig_handler;
        sa.sa_flags |= SA_RESTART;
        //将所有信号添加到信号集中
        sigfillset(&sa.sa_mask);
        //执行sigaction函数
        assert(sigaction(sig, &sa, nullptr) != -1);
    }

这里使用了 `sigaction` 系统调用来设置信号处理函数，相比于 `signal` 系统调用具有更强的健壮性。

**信号通知逻辑：**

1.  使用`socketpair`创建管道，其中写端由信号处理函数写入信号值，主循环程序通过 epoll I/O复用监视读事件就绪时从管道的读端读取信号。
2.  这里主要设置了对`SIGTERM`(kill -15)和`SIGTINT`(ctrl + C) 信号的处理，通过`struct sigaction`结构体和`sigaction`系统调用注册对信号的捕捉和处理。
3.  利用`epoll` 监测管道读端的读事件就绪。
4.  当主循环收到这两个信号时安全的退出程序。

具体逻辑代码如下：

epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];
    int epollfd = epoll_create(5);
    assert(epollfd != -1);
    
    addfd(epollfd, listenfd);
    
    // 使用 socketpair 创建管道，注册 pipefd[0] 上的可读事件
    ret = socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, pipefd);
    assert(ret != -1);
    
    setNonBlock(pipefd[1]);
    addfd(epollfd, pipefd[0]);
    
    //设置一些信号的处理函数
    addsig(SIGHUP);
    addsig(SIGCHLD);
    addsig(SIGTERM);
    addsig(SIGINT);
    
    bool stop_server = false;
    while (!stop_server)
    {
        
        int number = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);
        if(number < 0 && errno != EINTR)
        {
        
            printf("epoll wait failure!\n");
            break;
        }
    
        for(int i = 0; i < number; ++i)
        {
        
            int sockfd = events[i].data.fd;
            //如果就绪的文件描述符是listenfd, 则处理新连接
            if(sockfd == listenfd)
            {
        
                sockaddr_in peer;
                socklen_t len = sizeof(peer);
    
                int connfd = accept(listenfd, (sockaddr*)&peer, &len);
                addfd(epollfd, connfd);
            }
            //如果就绪的文件描述符是pipefd[0]，就处理信号
            else if(sockfd == pipefd[0] && (events[i].events & EPOLLIN))
            {
        
                int sig;
                char signals[1024];
                ssize_t s = recv(pipefd[0], signals, sizeof(signals), 0);
                if(s == -1)
                {
        
                    continue;
                }
                else if(s == 0)
                {
        
                    continue;
                }
                else
                {
        
                    //每个信号占一个字节，所以按照字节来逐个接收信号。此处以SIGTERM为例，来安全的终止服务器程序：
                    for(int i = 0; i < s; ++i)
                    {
        
                        switch (signals[i])
                        {
        
                        case SIGCHLD:
                        case SIGHUP:
                        {
        
                            continue;
                        }
                        case SIGTERM:
                        case SIGINT:
                        {
        
                            stop_server = true;
                        }
                        default:
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
            else
            {
        
                //其他I/O就绪
            }
        }
    }
    
    printf("close fds\n");
    close(listenfd);
    close(pipefd[0]);
    close(pipefd[1]);

运行结果：  
![d1a810733eed4eee83c57282f342cfbe.png][]  
运行程序，然后启动另一个终端使用`pidof`查看该程序的PID，然后向该程序发送15号信号，即`SIGTERM`，可以发现程序安全的

[d1a810733eed4eee83c57282f342cfbe.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d1a810733eed4eee83c57282f342cfbe.png