Linux服务器之信号的使用

1、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。很显然信号处理函数需要尽可能快的执行完毕，以确保该信号不被屏蔽太久（前面提到过，为了避免一些竞态条件，信号在处理期间，系统不会再次触发它）。一种典型的解决方案是：把信号的主要处理逻辑放到程序主循环中，当信号处理函数被触发时，它只是简单地通知主循环程序接收到信号，并把信号值传递为主循环，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。信号处理函数通常使用管道将信号“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该信号值。那么主循环怎么知道管道何时有数据可读呢？这个简单，我们只需使用I/O复用系统调用监听管道的读端文件描述符上的可读事件。如此一来，信号事件就能和其他I/O事件一样被处理，即统一事件源。

   很多优秀的I/O框架库和后台服务器程序都统一处理信号和I/O事件，比如Libevet I/O框架库和xinet超级服务。代码如下：

    

 C++ Code 

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#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，在函数最好回复，以保证函数的可重入性
    int save_errno = errno;
    int msg = sig;
    //设置管道
    send( pipefd[1], ( char * )&msg, 1, 0 );
    errno = save_errno;
}
//设置信号处理函数
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 );

    //int nReuseAddr = 1;
    //setsockopt( listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &nReuseAddr, sizeof( nReuseAddr ) );
    ret = bind( listenfd, ( struct sockaddr * )&address, sizeof( address ) );
    if( ret == -1 )
    {
        printf( "errno is %d\n", errno );
        return 1;
    }
    //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socketpiar创建关东，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
    // add all the interesting signals here
    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 connfd = accept( listenfd, ( struct sockaddr * )&client_address, &client_addrlength );
                addfd( epollfd, connfd );
            }
            //如果就绪的文件描述符为pipefd[0],则处理信号
            else if( ( sockfd == pipefd[0] ) && ( events[i].events & EPOLLIN ) )
            {
                int sig;
                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SIGTERM为例子，来说明如何安全的终止服务器主循环
                    for( int i = 0; i < ret; ++i )
                    {
                        //printf( "I caugh the signal %d\n", signals[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;
}

     2、网络编程相关的信号。

1）SGIHUP

    当挂起进程的控制终端时，SIGHUP信号被触发，对于没有控制终端的网络后台程序而言。他们通常利用SIGHUP信号来强制服务器重读配置文件。

2）SIGPIPE  

    默认情况下，往一个读端关闭的管道或者socket连接中写数据将引发SIGPIPE信号。我们需要在代码中捕获并处理该信号，或者至少忽略它，因为程序接收到SIGPIPE信号默认行为时结束进程，而我们绝对不希望因为错误的写操作而导致程序退出。引起SIGPIPE信号的写操作将设置errnp为EPIPE。

3）SIGURG 

    在Linux环境下，内核通知应用程序带外程序到达主要有两种方法：一种是第9章接收的I/O复用技术，select等系统调用在接收到接待数据时将返回，并向应用程序报告socket上的异常事件，另外一种方法是使用SIGURG信号检测是否由带外数据到达。

    

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#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 ); //接收数据
    printf( "got %d bytes of 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 sock = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
    assert( sock >= 0 );

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

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

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

        close( connfd );
    }

    close( sock );
    return 0;
}