Linux高性能服务器编程——ch10笔记-Toy模板网

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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。

10.1 Linux信号概述

:::tips
int kill(pid_t pid, int sig);
:::
kill函数：一个进程给其他进程发送信号的API。
sig一般大于0，如果设为0则表示不发送信号，可以用来检测进程或进程组是否存在。由于进程PID的回绕（当进程被启动的时候，系统将按照顺序选择下一个没有被使用的数字作为它的PID（2~32768），当数字已经回绕一圈的时候，新的PID重新从2开始），可能导致被检测的PID不是我们期望的；另一方面，这种检测方法不是原子操作。
:::tips
typedef void (*__sighandler_t) (int);
:::
信号处理函数是可重入的，避免引发竞态条件。
如果程序在执行处于阻塞状态的系统调用时接收到信号，并且为该信号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。

10.2 信号函数

:::tips
_sighandler_t signal(int sig, _sighandler_t _handler);
:::
signal函数：为一个信号设置处理函数。
:::tips
int sigaction(int sig, const struct sigaction* act, struct sigaction* oact);
:::
sigaction函数：设置信号处理函数的更健壮的接口。可以为信号设置标志来自动重启被该信号中断的系统调用。
信号掩码：指定哪些信号不能发送给本进程。

10.3 信号集

sigset_t实际上是一个长整型数组，数组的每个元索的每个位表示一个信号。与文件描述符集fd_set类似。
:::tips
int sigprocmask(Int _how, _const sigset_t * _set, sigset_t* _oset);
:::
sigprocmask函数：设置或查看进程的信号掩码。
:::tips
int sigpending(sigset_t* set);
:::
sigpending函数：信号掩码使得被屏蔽的信号不能被进程接收，此时该信号被挂起，通过sigpending函数获得被挂起的信号集。此时通过sigprocmask函数可以使能被挂起的信号。

10.4 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。
为了尽快执行信号处理函数，可以把信号的主要处理逻辑放到程序的主循环中。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。使用I/O复用来监听，信号事件就能和其他I/O事件一样被处理，即统一事件源。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <pthread.h>

#define MAX_EVENT_NUMBER 1024

static int pipefd[2];

int setnonblocking(int fd)
{
    int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);
    int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
    fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
    return old_option;
}

void addfd(int epollfd, int fd)
{
    epoll_event event;
    event.data.fd = fd;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
    setnonblocking(fd);
}

/* 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);    /* 将信号写入管道，以通知主循环 */
    errno = save_errno;
}

/* 设置信号的处理函数 */
void addsig(int sig)
{
    struct sigaction sa;
    memset(&sa, '\0', sizeof(sa));
    sa.sa_handler = sig_handler;
    sa.sa_flags |= SA_RESTART;
    sigfillset(&sa.sa_mask);
    assert(sigaction(sig, &sa, NULL) != -1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc <= 2)
    {
        printf("usage: %s ip_address port_number\n", basename(argv[0]));
        return 1;
    }

    const char *ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);

    int ret = 0;
    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address, sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port);

    int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    assert(listenfd > 0);

    ret = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));
    assert(ret != -1);

    ret = listen(listenfd, 5);
    assert(ret != -1);

    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(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, pipefd);
    assert(ret != -1);
    setnonblocking(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 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, 则处理新的连接 */
            if (sockfd == listenfd)
            {
                struct sockaddr_in client_address;
                socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);
                int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client_address,
                        &client_addrlength);
                addfd(epollfd, sockfd);
            }
            /* 如果就绪的文件描述符是pipefd[0], 则处理信号 */
            else if ((sockfd == pipefd[0]) && (events[i].events & EPOLLIN))
            {
                char signals[1024];
                ret = recv(pipefd[0], signals, sizeof(signals), 0);
                if (ret == -1)
                {
                    continue;
                }
                else if (ret == 0)
                {
                    continue;
                }
                else
                {
                    /* 因为每个信号值占1字节，所以按字节来逐个接收信号，我们以SIGTREM
                     * 为例，来说明如何安全地终止服务器主循环 */
                    for (int i = 0; i < ret; ++i)
                    {
                        switch(signals[i])
                        {
                            case SIGCHLD:
                            case SIGHUP:
                                {
                                    continue;
                                }
                            case SIGTERM:
                            case SIGINT:
                                {
                                    stop_server = true;
                                }
                        }
                    }
                }
            }
            else
            {

            }
        }
    }

    printf("close fds\n");
    close(listenfd);
    close(pipefd[1]);
    close(pipefd[0]);

    return 0;
}

10.5 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，它们通常利用SIGHUP信号来强制服务器重读配置文件，例如xinetd超级服务程序。
xinetd处理SIGHUP的流程：
1）程序接收到SIGHUP信号时，信号处理函数便用管道通知主程序该信号的到来。信号处理函数往管道的写端写入SIGHUP信号，而主程序使用poll检测到管道的读端上有可读事件，就将管道上的数据读入；
2）xinetd重新读取一个子配置文件；3或4；
3）xinetd给子进程发送SIGTERM信号来终止该子进程，并调用waitpid来等待该子进程结束；（停止echo服务）
4）xinetd启动telnet服务的过程：创建一个流服务 socket 并将其绑定到端口上，然后监听该端口；（开启telnet服务）
SIGPIPE：往一个读端关闭的管道或socket连接中写数据将引发SIGPIPE信号，程序接收到后默认结束进程。以poll为例检测是否关闭：当管道的读端关闭时，写端文件描述符上的POLLHUP事件将被触发；当socket连接被对方关闭时，socket的POLLRDHUP事件将被触发。
SIGURG：内核通知应用程序带外数据到达。另一种方法是I/O复用技术，select等系统调用在接收到带外数据时将返回，并向应用程序报告socket上的异常事件。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-736365.html

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>

#define BUF_SIZE 1024

static int connfd;

/* SIGURG信号的处理函数 */
void sig_urg(int sig)
{
    int save_errno = errno;
    char buffer[BUF_SIZE];
    memset(buffer, '\0', BUF_SIZE);
    int ret = recv(connfd, buffer, BUF_SIZE - 1, MSG_OOB); /* 接收带外数据 */
    printf("got %d bytes os oob data '%s'\n", ret, buffer);
    errno = save_errno;
}

void addsig(int sig, void (*sig_handler)(int))
{
    struct sigaction sa;
    memset(&sa, '\0', sizeof(sa));
    sa.sa_handler = sig_handler;
    sa.sa_flags |= SA_RESTART;
    sigfillset(&sa.sa_mask);
    assert(sigaction(sig, &sa, NULL) != -1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{

    if (argc <= 2)
    {
        printf("usage: %s ip_address port_number \n", basename(argv[0]));
        return 1;
    }

    const char *ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);

    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address, sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port);

    int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    assert(sockfd > 0);

    int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));
    assert(ret != -1);

    ret = listen(sockfd, 5);
    assert(ret != -1);

    struct sockaddr_in client;
    socklen_t client_addrlength = sizeof(client);
    connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client, &client_addrlength);
    if (connfd < 0)
    {
        printf("errno is : %d\n", errno);
    }
    else
    {
        addsig(SIGURG, sig_urg);
        /* 使用SIGURG信号之前，我们必须设置socket的宿主进程或进程组 */
        fcntl(connfd, F_SETOWN, getpid());

        char buffer[BUF_SIZE];
        while (1)
        {
            /* 循环接收普通数据 */
            memset(buffer, '\0', BUF_SIZE);
            ret = recv(connfd, buffer, BUF_SIZE - 1, 0);
            if (ret <= 0)
            {
                break;
            }
            printf("get %d bytes of normal data '%s'\n", ret, buffer);
        }

        close(connfd);
    }

    close(sockfd);

    return 0;
}