织梦云端：网络信号原理的艺术解码
hello ！大家好呀！ 接待大家来到我的Linux高性能服务器编程系列之《织梦云端：网络信号原理的艺术解码》，在这篇文章中，你将会学习到网络信号原理以及应用，并且我会给出源码进行剖析，以及手绘UML图来帮助大家来理解，希望能让大家更能了解网络编程技能！！！希望这篇文章能对你有所帮助https://img-blog.csdnimg.cn/direct/9fe07955741149f3aabeb4f503cab15a.png，大家要是觉得我写的不错的话，那就点点免费的小爱心吧！https://img-blog.csdnimg.cn/direct/1a2b6b564fe64bee9090c1ca15a449e3.png（注：这章对于高性能服务器的架构非常重要哟！！！）
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目次
一. 什么是信号？
二. 信号的发送以及处置惩罚方式
三.网络编程相关信号
四.统一信号变乱源
一. 什么是信号？
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在Linux网络编程中，“信号”（Signal）是操作系统用来关照进程某个变乱已经发生的一种机制。信号是一种软件中断，它可以在任何时候发送给一个进程，使得该进程可以中断当前的执行，处置惩罚该信号，然后再回到原来的执行状态。
Linux系统中界说了许多信号，每个信号都有其特定的用途。比方：
[*]SIGINT：通常在用户按下Ctrl+C时发出，用于中断步伐的执行。
[*]SIGCHLD：当一个子进程终止时，父进程会收到这个信号。
[*]SIGALRM：定时器超时时发送。
[*]SIGPIPE：在尝试写入一个没有读取器的管道或socket时发送。
在网络编程中，信号常常用于处置惩罚各种异步变乱，好比：
[*]处置惩罚子进程状态变革：当一个子进程改变其状态（好比终止或暂停）时，父进程会吸收到SIGCHLD信号。
[*]处置惩罚网络IO：在一些网络编程模子中，如使用select或poll，当IO预备好时，可以通过信号来关照应用步伐。
[*]定时器：使用setitimer或alarm函数设置的定时器超时时，可以通过SIGALRM信号关照进程。
处置惩罚信号的方法主要有两种：
[*]信号处置惩罚函数：可以为特定的信号设置一个处置惩罚函数（handler），当该信号发生时，系统将调用这个函数。
[*]信号掩码：可以阻塞某些信号，使得它们在处置惩罚期间不被传递给进程。
信号是Linux系统编程中的一个重要部分，特别是在网络编程领域，因为它们提供了一种机制来相应异步变乱，这对于构建高效和相应敏捷的网络应用步伐至关重要。
二. 信号的发送以及处置惩罚方式
在Linux中，信号的发送和处置惩罚可以通过以下函数来完成：
[*]signal()：用于设置一个信号的处置惩罚函数。
[*]raise()：用于向当进步程发送一个信号。
[*]kill()：用于向指定进程发送一个信号。
[*]sigaction()：提供了一种更为复杂的方式来设置信号的处置惩罚函数，包括信号掩码。
[*]sigprocmask()：用于设置信号掩码，从而阻塞或解阻塞特定的信号。
[*]sigpending()：用于检查被阻塞的信号。
[*]sigsuspend()：用于在阻塞信号集的基础上暂时更换信号掩码，并暂停进程直到捕获到一个信号。
[*] signal()
[*]功能：signal函数用于设置一个信号的处置惩罚函数。当指定信号被传递给进程时，系统将调用这个处置惩罚函数。
[*]原型：void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);
[*]参数：
[*]sig：要处置惩罚的信号编号。
[*]func：信号处置惩罚函数，可以是SIG_IGN（忽略信号）、SIG_DFL（默认处置惩罚）或者一个自界说的函数指针。
[*]返回值：返回先前的信号处置惩罚函数的指针。
[*] raise()
[*]功能：raise函数用于向当进步程发送一个信号。
[*]原型：int raise(int sig);
[*]参数：sig是要发送的信号的编号。
[*]返回值：乐成时返回0，失败时返回非0值。
[*] kill()
[*]功能：kill函数用于向指定进程发送一个信号。
[*]原型：int kill(pid_t pid, int sig);
[*]参数：
[*]pid：目标进程的进程ID。如果pid大于0，信号将发送给进程ID为pid的进程；如果pid等于0，信号将发送给与当进步程同组的全部进程；如果pid小于-1，信号将发送给进程组ID为-pid的全部进程。
[*]sig：要发送的信号的编号。
[*]返回值：乐成时返回0，失败时返回-1。
[*] sigaction()
[*]功能：sigaction函数提供了一种更为复杂的方式来设置信号的处置惩罚函数，包括信号掩码和信号处置惩罚时的行为。
[*]原型：int sigaction(int sig, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
[*]参数：
[*]sig：要处置惩罚的信号编号。
[*]act：指向sigaction结构的指针，用于指定新的信号处置惩罚动作。
[*]oldact：指向sigaction结构的指针，用于生存先前的信号处置惩罚动作。
[*]返回值：乐成时返回0，失败时返回-1。
[*] sigprocmask()
[*]功能：sigprocmask函数用于设置信号掩码，从而阻塞或解阻塞特定的信号。
[*]原型：int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
[*]参数：
[*]how：如何修改信号掩码。可以是SIG_BLOCK（添加到当前掩码）、SIG_UNBLOCK（从当前掩码中移除）或SIG_SETMASK（更换当前掩码）。
[*]set：指向要添加或移除的信号集的指针。
[*]oldset：指向生存当前信号掩码的指针。
[*]返回值：乐成时返回0，失败时返回-1。
[*] sigpending()
[*]功能：sigpending函数用于检查被阻塞的信号。
[*]原型：int sigpending(sigset_t *set);
[*]参数：set是一个指向sigset_t的指针，用于生存当进步程阻塞且待处置惩罚的信号集。
[*]返回值：乐成时返回0，失败时返回-1。
[*] sigsuspend()
[*]功能：sigsuspend函数用于在阻塞信号集的基础上暂时更换信号掩码，并暂停进程直到捕获到一个信号。
[*]原型：int sigsuspend(const sigset_t *mask);
[*]参数：mask是一个指向sigset_t的指针，指定了暂时的信号掩码。
[*]返回值：总是返回-1，并将errno设置为EINTR，表示函数被信号中断。
这些函数是Linux信号处置惩罚的基石，它们允许步伐以可控的方式处置惩罚信号，确保步伐的稳固性和安全性。在现实使用中，sigaction通常比signal更受接待，因为它提供了更多的灵活性和控制。
接下来给一个简单例子演示：
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
// 信号处理函数
void handle_sigint(int sig) {
printf("Caught signal %d\n", sig);
}
int main() {
struct sigaction sa;
// 设置信号处理函数
sa.sa_handler = &handle_sigint;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGINT, &sa, NULL);
// 发送信号
raise(SIGINT);
// 主循环
while (1) {
printf("Hello, World!\n");
sleep(1);
}
return 0;
} 在这个示例中，我们首先设置了一个信号处置惩罚函数handle_sigint来处置惩罚SIGINT信号。然后，我们使用sigaction函数来设置这个处置惩罚函数。接着，我们使用raise函数向当进步程发送了一个SIGINT信号。末了，步伐进入一个循环，每隔一秒打印一条消息。
三.网络编程相关信号
在网络编程中，信号通常用于处置惩罚异步变乱，好比网络IO的读写停当、连接请求、超时等。以下是一些在网络编程中常用的信号及相关函数和代码示例：
[*]SIGIO：
[*]功能：当网络IO操作可以进行时，系统会发送SIGIO信号给进程。
[*]使用场景：用于异步关照网络IO变乱，如数据到达或套接字可写。
[*]代码示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
void handle_sigio(int sig) {
printf("Received SIGIO signal.\n");
}
int main() {
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = &handle_sigio;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGIO, &sa, NULL);
// 将标准输入设置为非阻塞
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, O_ASYNC | O_NONBLOCK);
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
while (1) {
sleep(1); // 模拟程序的其他工作
}
return 0;
}
在这个示例中，我们为SIGIO信号设置了一个处置惩罚函数handle_sigio。然后，我们将标准输入设置为异步关照模式，并指定当进步程作为信号吸收者。当标准输入有数据可读时，进程将收到SIGIO信号。
[*]SIGPIPE：
[*]功能：当尝试向一个已经关闭的管道或网络连接写入数据时，系统会发送SIGPIPE信号给进程。
[*]使用场景：用于处置惩罚对端已经断开连接的情况。
[*]代码示例：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void handle_sigpipe(int sig) {
printf("Received SIGPIPE signal.\n");
}
int main() {
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = &handle_sigpipe;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGPIPE, &sa, NULL);
// 模拟网络连接的写入操作
// ...
return 0;
}
在这个示例中，我们为SIGPIPE信号设置了一个处置惩罚函数handle_sigpipe。当尝试向一个已经关闭的连接写入数据时，进程将收到SIGPIPE信号。
[*]SIGALRM：
[*]功能：当设定的定时器超时时，系统会发送SIGALRM信号给进程。
[*]使用场景：用于实现超机遇制，好比在网络请求中没有及时收到相应。
[*]代码示例：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void handle_sigalrm(int sig) {
printf("Received SIGALRM signal.\n");
}
int main() {
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = &handle_sigalrm;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGALRM, &sa, NULL);
alarm(5); // 设置5秒的定时器
while (1) {
sleep(1); // 模拟程序的其他工作
}
return 0;
}
在这个示例中，我们为SIGALRM信号设置了一个处置惩罚函数handle_sigalrm。然后，我们使用alarm函数设置了5秒的定时器。当定时器超时时，进程将收到SIGALRM信号。
四.统一信号变乱源
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在服务器步伐中，统一处置惩罚信号和I/O变乱是挑拨用单一的变乱循环来处置惩罚全部的异步变乱，包括信号和I/O变乱（如网络数据到达、连接请求等）。这种方法可以进步步伐的相应性和效率，因为它避免了在多个地方处置惩罚不同范例的变乱，从而简化了步伐的结构。
为了实现这一点，通常需要使用特殊的系统调用或库，如select、poll、epoll（在Linux中）或kqueue（在BSD系统中），这些系统调用允许步伐同时监控多个文件形貌符的I/O变乱。然而，信号通常不能直接通过这些系统调用来监控。因此，需要将信号处置惩罚与I/O变乱处置惩罚结合起来，通常的做法是在信号处置惩罚函数中设置一个全局标志，然后在主变乱循环中检查这个标志。
以下是一个简单例子：
// 全局变量，用于标记信号是否发生
volatile sig_atomic_t got_sigio = 0;
void handle_sigio(int sig) {
got_sigio = 1; // 设置信号发生标志
}
int main() {
struct sigaction sa;
fd_set readfds;
int max_fd = 0;
// 设置SIGIO信号的处理函数
sa.sa_handler = &handle_sigio;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGIO, &sa, NULL);
// 将标准输入设置为非阻塞，并指定当前进程作为信号接收者
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, O_ASYNC | O_NONBLOCK);
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
// 主事件循环
while (1) {
FD_ZERO(&readfds);
// 监控标准输入
FD_SET(STDIN_FILENO, &readfds);
max_fd = STDIN_FILENO;
// 使用select监控I/O事件
struct timeval timeout = {5, 0}; // 超时设置为5秒
int ready = select(max_fd + 1, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
if (ready == -1) {
perror("select");
break;
} else if (ready == 0) {
printf("Timeout occurred.\n");
} else {
if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &readfds)) {
// 处理标准输入的I/O事件
char buffer;
ssize_t count = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));
if (count <= 0) {
break;
}
printf("Read from stdin: %.*s", (int)count, buffer);
}
}
// 检查信号是否发生
if (got_sigio) {
printf("SIGIO received.\n");
got_sigio = 0; // 重置信号发生标志
}
}
return 0;
} 在这个示例中，我们使用select来监控标准输入的I/O变乱，并设置了一个全局变量got_sigio来标记SIGIO信号是否发生。在信号处置惩罚函数handle_sigio中，我们只是设置了这个标志。在主变乱循环中，我们首先使用select来等待I/O变乱，然后在select返回后检查是否收到了SIGIO信号。如果收到了信号，我们就处置惩罚它，然后继承变乱循环。
请留意，这个示例仅用于演示目的，现实应用中大概需要更复杂的逻辑来处置惩罚信号和I/O变乱，尤其是在多线程或多进程的环境中。此外，select并不是处置惩罚大量文件形貌符的最有用方法，对于高性能服务器，通常会选择使用epoll或kqueue。
好啦！到这里这篇文章就结束啦，关于实例代码中我写了很多注释，如果大家尚有不懂得，可以评论区或者私信我都可以哦https://img-blog.csdnimg.cn/direct/4d7d9707063b4d9c90ac2bca034b5705.png！！ 感谢大家的阅读，我还会连续创造网络编程相关内容的，记得点点小爱心和关注哟！https://img-blog.csdnimg.cn/direct/2cd0d6ee4ef84605933ed7c04d71cfef.jpeg
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