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标题: 织梦云端：网络信号原理的艺术解码 [打印本页]

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作者: 王海鱼    时间: 2024-6-9 13:16
标题: 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

，大家要是觉得我写的不错的话，那就点点免费的小爱心吧！

（注：这章对于高性能服务器的架构非常重要哟！！！）
  

         
   

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

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一. 什么是信号？

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：

1. #include <signal.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <unistd.h>
5. // 信号处理函数
6. void handle_sigint(int sig) {
7.     printf("Caught signal %d\n", sig);
8. }
10. int main() {
11.     struct sigaction sa;
13.     // 设置信号处理函数
14.     sa.sa_handler = &handle_sigint;
15.     sigemptyset(&sa.sa_mask);
16.     sa.sa_flags = 0;
17.     sigaction(SIGINT, &sa, NULL);
19.     // 发送信号
20.     raise(SIGINT);
22.     // 主循环
23.     while (1) {
24.         printf("Hello, World!\n");
25.         sleep(1);
26.     }
28.     return 0;
29. }

复制代码

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：
    
  
  

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <signal.h>
4. #include <unistd.h>
5. #include <fcntl.h>
7. void handle_sigio(int sig) {
8.     printf("Received SIGIO signal.\n");
9. }
11. int main() {
12.     struct sigaction sa;
13.     sa.sa_handler = &handle_sigio;
14.     sigemptyset(&sa.sa_mask);
15.     sa.sa_flags = 0;
16.     sigaction(SIGIO, &sa, NULL);
18.     // 将标准输入设置为非阻塞
19.     fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, O_ASYNC | O_NONBLOCK);
20.     fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
22.     while (1) {
23.         sleep(1); // 模拟程序的其他工作
24.     }
26.     return 0;
27. }

复制代码

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：
    
  
  

1. #include <stdio.h>
2. #include <signal.h>
4. void handle_sigpipe(int sig) {
5.     printf("Received SIGPIPE signal.\n");
6. }
8. int main() {
9.     struct sigaction sa;
10.     sa.sa_handler = &handle_sigpipe;
11.     sigemptyset(&sa.sa_mask);
12.     sa.sa_flags = 0;
13.     sigaction(SIGPIPE, &sa, NULL);
15.     // 模拟网络连接的写入操作
16.     // ...
18.     return 0;
19. }

复制代码

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：
    
  
  

1. #include <stdio.h>
2. #include <signal.h>
3. #include <unistd.h>
5. void handle_sigalrm(int sig) {
6.     printf("Received SIGALRM signal.\n");
7. }
9. int main() {
10.     struct sigaction sa;
11.     sa.sa_handler = &handle_sigalrm;
12.     sigemptyset(&sa.sa_mask);
13.     sa.sa_flags = 0;
14.     sigaction(SIGALRM, &sa, NULL);
16.     alarm(5); // 设置5秒的定时器
18.     while (1) {
19.         sleep(1); // 模拟程序的其他工作
20.     }
22.     return 0;
23. }

复制代码

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

 

   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：

1. // 全局变量，用于标记信号是否发生
2. volatile sig_atomic_t got_sigio = 0;
4. void handle_sigio(int sig) {
5.     got_sigio = 1; // 设置信号发生标志
6. }
8. int main() {
9.     struct sigaction sa;
10.     fd_set readfds;
11.     int max_fd = 0;
13.     // 设置SIGIO信号的处理函数
14.     sa.sa_handler = &handle_sigio;
15.     sigemptyset(&sa.sa_mask);
16.     sa.sa_flags = 0;
17.     sigaction(SIGIO, &sa, NULL);
19.     // 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
20.     fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, O_ASYNC | O_NONBLOCK);
21.     fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
23.     // 主事件循环
24.     while (1) {
25.         FD_ZERO(&readfds);
27.         // 监控标准输入
28.         FD_SET(STDIN_FILENO, &readfds);
29.         max_fd = STDIN_FILENO;
31.         // 使用select监控I/O事件
32.         struct timeval timeout = {5, 0}; // 超时设置为5秒
33.         int ready = select(max_fd + 1, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
35.         if (ready == -1) {
36.             perror("select");
37.             break;
38.         } else if (ready == 0) {
39.             printf("Timeout occurred.\n");
40.         } else {
41.             if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &readfds)) {
42.                 // 处理标准输入的I/O事件
43.                 char buffer[1024];
44.                 ssize_t count = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));
45.                 if (count <= 0) {
46.                     break;
47.                 }
48.                 printf("Read from stdin: %.*s", (int)count, buffer);
49.             }
50.         }
52.         // 检查信号是否发生
53.         if (got_sigio) {
54.             printf("SIGIO received.\n");
55.             got_sigio = 0; // 重置信号发生标志
56.         }
57.     }
59.     return 0;
60. }

复制代码

  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

！！ 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！

  

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