信号IO复用与统一事件源

Posted 2021-06-19 qq_34132502

信号是一个异步事件：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，以确保该信号不会被屏蔽太久（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的主循环中，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，并把信号值传递给主循环，主循环再根据接受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来将信号“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官道上何时有数据可读呢？我们主需要使用IO复用系统调用来监听管道的读端文件描述符上的可读事件。
如此一来，信号时间就能和其他IO事件一样被处理，即统一事件源。

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.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>
#include <libgen.h>

#define MAX_EVENT_NUMBER    1024
#define BACKLOG             5

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);
}

// 信号处理函数
void sig_handle(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);     // 将信号值写入管道，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_handle;
    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));
    if (ret == -1) {
        printf("errno is %d\\n", errno);
        return 1;
    }

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

    epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];
    int epollfd = epoll_create(1);
    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]);  // 写端
    addfd(epollfd, pipefd[0]);  // 读端

    // 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_addresslen = sizeof(client_address);
                int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_address, &client_addresslen);
                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)) {
                int sig;
                char signals[1024];
                ret = recv(sockfd, 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，来说明如何安全的终止服务器主循环
                    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;
}