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
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：
- #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;
- }
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;
- }
- 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;
- }
- 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;
- }
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：
- // 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[1024];
- 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;
- }
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 
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