定时器 槽函数没执行_Web服务器项目详解 07 定时器处理非活动连接(上)
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Web服务器详解目录
00 项目概述
01 线程同步机制包装类
02 半同步/半反应堆线程池(上)
03 半同步/半反应堆线程池(下)
04 http连接处理(上)
05 http连接处理(中)
06 http连接处理(下)
07 定时器处理非活动连接(上)
08 定时器处理非活动连接(下)
09 日志系统(上)
10 日志系统(下)
11 数据连接池
12 注册和登录校验
13 服务器测试
14 项目遇到的问题及解决方案
15 项目涉及的常见面试题
基础知识
非活跃
,是指客户端(这里是浏览器)与服务器端建立连接后,长时间不交换数据,一直占用服务器端的文件描述符,导致连接资源的浪费。
定时事件
,是指固定一段时间之后触发某段代码,由该段代码处理一个事件,如定期检测非活跃连接。
定时器
,是指利用结构体或其他形式,将多种定时事件进行封装起来。具体的,这里只涉及一种定时事件,即定期检测非活跃连接,这里将该定时事件与连接资源封装为一个结构体定时器。
定时器容器
,是指使用某种容器类数据结构,将上述多个定时器组合起来,便于对定时事件统一管理。具体的,项目中使用升序链表将所有定时器串联组织起来。
整体概述
本项目中,服务器主循环为每一个连接创建一个定时器,并对每个连接进行定时。另外,利用升序时间链表容器将所有定时器串联起来,若主循环接收到定时通知,则在链表中依次执行定时任务。
Linux
下提供了三种定时的方法:
socket选项SO_RECVTIMEO和SO_SNDTIMEO
SIGALRM信号
I/O复用系统调用的超时参数
三种方法没有一劳永逸的应用场景,也没有绝对的优劣。由于项目中使用的是SIGALRM
信号,这里仅对其进行介绍,另外两种方法可以查阅游双的Linux高性能服务器编程 第11章 定时器
。
具体的,利用alarm
函数周期性地触发SIGALRM
信号,信号处理函数利用管道通知主循环,主循环接收到该信号后对升序链表上所有定时器进行处理,若该段时间内没有交换数据,则将该连接关闭,释放所占用的资源。
从上面的简要描述中,可以看出定时器处理非活动连接模块,主要分为两部分,其一为定时方法与信号通知流程,其二为定时器及其容器设计与定时任务的处理。
本文内容
本篇将介绍定时方法与信号通知流程,具体的涉及到基础API、信号通知流程和代码实现。
基础API,描述sigaction
结构体、sigaction
函数、sigfillset
函数、SIGALRM
信号、SIGTERM
信号、alarm
函数、socketpair
函数、send
函数。
信号通知流程,介绍统一事件源和信号处理机制。
代码实现,结合代码对信号处理函数的设计与使用进行详解。
基础API
为了更好的源码阅读体验,这里提前对代码中使用的一些API进行简要介绍,更丰富的用法可以自行查阅资料。
sigaction结构体
1struct sigaction {2 void (*sa_handler)(int);3 void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);4 sigset_t sa_mask;5 int sa_flags;6 void (*sa_restorer)(void);7}
sa_handler是一个函数指针,指向信号处理函数
sa_sigaction同样是信号处理函数,有三个参数,可以获得关于信号更详细的信息
sa_mask用来指定在信号处理函数执行期间需要被屏蔽的信号
sa_flags用于指定信号处理的行为
SA_RESTART,使被信号打断的系统调用自动重新发起
SA_NOCLDSTOP,使父进程在它的子进程暂停或继续运行时不会收到 SIGCHLD 信号
SA_NOCLDWAIT,使父进程在它的子进程退出时不会收到 SIGCHLD 信号,这时子进程如果退出也不会成为僵尸进程
SA_NODEFER,使对信号的屏蔽无效,即在信号处理函数执行期间仍能发出这个信号
SA_RESETHAND,信号处理之后重新设置为默认的处理方式
SA_SIGINFO,使用 sa_sigaction 成员而不是 sa_handler 作为信号处理函数
sa_restorer一般不使用
sigaction函数
1#include 23int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
signum表示操作的信号。
act表示对信号设置新的处理方式。
oldact表示信号原来的处理方式。
返回值,0 表示成功,-1 表示有错误发生。
sigfillset函数
1#include 23int sigfillset(sigset_t *set);
用来将参数set信号集初始化,然后把所有的信号加入到此信号集里。
SIGALRM、SIGTERM信号
1#define SIGALRM 14 //由alarm系统调用产生timer时钟信号2#define SIGTERM 15 //终端发送的终止信号
alarm函数
1#include ;23unsigned int alarm(unsigned int seconds);
设置信号传送闹钟,即用来设置信号SIGALRM在经过参数seconds秒数后发送给目前的进程。如果未设置信号SIGALRM的处理函数,那么alarm()默认处理终止进程.
socketpair函数
在linux下,使用socketpair函数能够创建一对套接字进行通信,项目中使用管道通信。
1#include 2#include 34int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);
domain表示协议族,PF_UNIX或者AF_UNIX
type表示协议,可以是SOCK_STREAM或者SOCK_DGRAM,SOCK_STREAM基于TCP,SOCK_DGRAM基于UDP
protocol表示类型,只能为0
sv[2]表示套节字柄对,该两个句柄作用相同,均能进行读写双向操作
返回结果, 0为创建成功,-1为创建失败
send函数
1#include 2#include 34ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
当套接字发送缓冲区变满时,send通常会阻塞,除非套接字设置为非阻塞模式,当缓冲区变满时,返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK错误,此时可以调用select函数来监视何时可以发送数据。
信号通知流程
Linux下的信号采用的异步处理机制,信号处理函数和当前进程是两条不同的执行路线。具体的,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执行操作,完成后再返回中断的地方继续执行。
为避免信号竞态现象发生,信号处理期间系统不会再次触发它。所以,为确保该信号不被屏蔽太久,信号处理函数需要尽可能快地执行完毕。
一般的信号处理函数需要处理该信号对应的逻辑,当该逻辑比较复杂时,信号处理函数执行时间过长,会导致信号屏蔽太久。
这里的解决方案是,信号处理函数仅仅发送信号通知程序主循环,将信号对应的处理逻辑放在程序主循环中,由主循环执行信号对应的逻辑代码。
统一事件源
统一事件源,是指将信号事件与其他事件一样被处理。
具体的,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。
信号处理机制
每个进程之中,都有存着一个表,里面存着每种信号所代表的含义,内核通过设置表项中每一个位来标识对应的信号类型。
信号的接收
接收信号的任务是由内核代理的,当内核接收到信号后,会将其放到对应进程的信号队列中,同时向进程发送一个中断,使其陷入内核态。注意,此时信号还只是在队列中,对进程来说暂时是不知道有信号到来的。
信号的检测
进程从内核态返回到用户态前进行信号检测
进程在内核态中,从睡眠状态被唤醒的时候进行信号检测
进程陷入内核态后,有两种场景会对信号进行检测:
当发现有新信号时,便会进入下一步,信号的处理。
信号的处理
( 内核 )信号处理函数是运行在用户态的,调用处理函数前,内核会将当前内核栈的内容备份拷贝到用户栈上,并且修改指令寄存器(eip)将其指向信号处理函数。
( 用户 )接下来进程返回到用户态中,执行相应的信号处理函数。
( 内核 )信号处理函数执行完成后,还需要返回内核态,检查是否还有其它信号未处理。
( 用户 )如果所有信号都处理完成,就会将内核栈恢复(从用户栈的备份拷贝回来),同时恢复指令寄存器(eip)将其指向中断前的运行位置,最后回到用户态继续执行进程。
至此,一个完整的信号处理流程便结束了,如果同时有多个信号到达,上面的处理流程会在第2步和第3步骤间重复进行。
代码分析
信号处理函数
自定义信号处理函数,创建sigaction结构体变量,设置信号函数。
1//信号处理函数 2void sig_handler(int sig) 3{ 4 //为保证函数的可重入性,保留原来的errno 5 //可重入性表示中断后再次进入该函数,环境变量与之前相同,不会丢失数据 6 int save_errno = errno; 7 int msg = sig; 8 9 //将信号值从管道写端写入,传输字符类型,而非整型10 send(pipefd[1], (char *)&msg, 1, 0);1112 //将原来的errno赋值为当前的errno13 errno = save_errno;14}
信号处理函数中仅仅通过管道发送信号值,不处理信号对应的逻辑,缩短异步执行时间,减少对主程序的影响。
1//设置信号函数 2void addsig(int sig, void(handler)(int), bool restart = true) 3{ 4 //创建sigaction结构体变量 5 struct sigaction sa; 6 memset(&sa, '\0', sizeof(sa)); 7 8 //信号处理函数中仅仅发送信号值,不做对应逻辑处理 9 sa.sa_handler = handler;10 if (restart)11 sa.sa_flags |= SA_RESTART;12 //将所有信号添加到信号集中13 sigfillset(&sa.sa_mask);1415 //执行sigaction函数16 assert(sigaction(sig, &sa, NULL) != -1);17}
项目中设置信号函数,仅关注SIGTERM和SIGALRM两个信号。
信号通知逻辑
创建管道,其中管道写端写入信号值,管道读端通过I/O复用系统监测读事件
设置信号处理函数SIGALRM(时间到了触发)和SIGTERM(kill会触发,Ctrl+C)
通过struct sigaction结构体和sigaction函数注册信号捕捉函数
在结构体的handler参数设置信号处理函数,具体的,从管道写端写入信号的名字
利用I/O复用系统监听管道读端文件描述符的可读事件
信息值传递给主循环,主循环再根据接收到的信号值执行目标信号对应的逻辑代码
代码分析
1//创建管道套接字 2ret = socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, pipefd); 3assert(ret != -1); 4 5//设置管道写端为非阻塞,为什么写端要非阻塞? 6setnonblocking(pipefd[1]); 7 8//设置管道读端为ET非阻塞 9addfd(epollfd, pipefd[0], false);1011//传递给主循环的信号值,这里只关注SIGALRM和SIGTERM12addsig(SIGALRM, sig_handler, false);13addsig(SIGTERM, sig_handler, false);1415//循环条件16bool stop_server = false;1718//超时标志19bool timeout = false;2021//每隔TIMESLOT时间触发SIGALRM信号22alarm(TIMESLOT);2324while (!stop_server)25{26 //监测发生事件的文件描述符27 int number = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);28 if (number 0 && errno != EINTR)29 {30 break;31 }3233 //轮询文件描述符34 for (int i = 0; i 35 {36 int sockfd = events[i].data.fd;3738 //管道读端对应文件描述符发生读事件39 if ((sockfd == pipefd[0]) && (events[i].events & EPOLLIN))40 {41 int sig;42 char signals[1024];4344 //从管道读端读出信号值,成功返回字节数,失败返回-145 //正常情况下,这里的ret返回值总是1,只有14和15两个ASCII码对应的字符46 ret = recv(pipefd[0], signals, sizeof(signals), 0);47 if (ret == -1)48 {49 // handle the error50 continue;51 }52 else if (ret == 0)53 {54 continue;55 }56 else57 {58 //处理信号值对应的逻辑59 for (int i = 0; i 60 {61 //这里面明明是字符62 switch (signals[i])63 {64 //这里是整型65 case SIGALRM:66 {67 timeout = true;68 break;69 }70 case SIGTERM:71 {72 stop_server = true;73 }74 }75 }76 }77 }78 }79}
为什么管道写端要非阻塞?
send是将信息发送给套接字缓冲区,如果缓冲区满了,则会阻塞,这时候会进一步增加信号处理函数的执行时间,为此,将其修改为非阻塞。
没有对非阻塞返回值处理,如果缓冲区满了是不是意味着这一次定时事件失效了?
是的,但定时事件是非必须立即处理的事件,可以允许这样的情况发生。
管道传递的是什么类型?switch-case的变量冲突?
信号本身是整型数值,管道中传递的是ASCII码表中整型数值对应的字符。switch的变量一般为字符或整型,当为字符时,case中可以是字符,也可以是字符对应的ASCII码。
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