一、基础知识

1. 概念

• 非活跃：指客户端与服务器建立连接后，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：指固定一段时间之后释放某段代码，由该段代码处理一个事件，如从内核事件表删除事件，并关闭文件描述符，释放连接资源；

• 定时器：指利用结构体或其他形式，将多种定时器事件进行封装，一个定时器用于处理一个事件；

• 定时器容器：使用某种容器将多个定时器组合起来，便于对定时事件统一管理，本项目中使用升序链表作为容器。

• SIGALRM 信号：Linux 中提供了三种定时方法，本项目中使用 SIGALRM 信号，即利用 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，主循环接收到信号后对升序链表上的定时器进行处理，若该段时间内没有数据交换，则关闭连接，释放资源；

• 信号通知：Linux 下的信号采用异步处理机制，信号处理函数和当前进程是两条不同的执行路线，即当进程收到信号时，操作系统会中断进程，转而进入信号处理函数，完成后再关闭中断：

• 为避免信号竞态发生，信号处理期间将不会再次触发它，为使信号不被屏蔽太久，信号处理函数需要尽可能快地执行完毕；

• 当信号处理逻辑较复杂时，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，这样不会导致信号屏蔽太久；

• 统一事件源：指将信号与其他事件一样被处理，即信号处理函数利用管道将信号传递给主循环，这样信号事件与其他文件描述符都可以通过 epoll 来监测； ## 2. API

• sigaction 结构体：记录信号的处理方式，成员如下：

• void (*sa_handler)(int); ：指向信号处理函数的函数指针；

• void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t*, void*); ：指向信号处理函数的函数指针，三个参数能够获得更详细的信息；

• sigset_t sa_mask; ：指定信号处理函数执行期间需要屏蔽的信号；

• int sa_flags; ：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 ：使父进程在它子进程暂停或继续运行时不会受到 SIGCHLD 信号；
• SA_NOCLDWAIT ：使父进程在它子进程退出时不会受到 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_RESTART ：使被信号打断的系统调用自动重新发起；

• SA_NOCLDSTOP ：使父进程在它子进程暂停或继续运行时不会受到 SIGCHLD 信号；

• SA_NOCLDWAIT ：使父进程在它子进程退出时不会受到 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；

• void (*sa_restorer)(void); ：一般不使用；

• int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); ：

• signum ：标识操作的信号；

• act ：标识对信号设置新的处理方式；

• oldact ：标识信号原来的处理方式；

• 返回值 ：0 表示成功，-1 表示错误；

• int sigfillset(sigset_t *set); ：用来将参数 set 信号集初始化，然后把所有信号加入到此信号集里；

• #define SIGALRM 14 ：由 alarm 系统调用产生 timer 时钟信号；

• #define SIGTERM 15 ：终端发送的终止信号；

• unsigned 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；

• int socketpair(int dimain, int type, int protocol, int sv[2]); ：创建双向管道；

• ssize_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； ## 3. 信号处理机制



流程图[1]

• 信号接收：由内核代理接收信号，并将其放入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。此时信号还在队列中，进程尚不知道有信号到来；

• 信号检测：当发现有新的信号后，对其进行处理：

• 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，从睡眠状态被唤醒时进行信号检测；

• 进程陷入内核态后，有两种情况会对信号进行检测；

• 信号处理：

• 调用处理函数之前，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，将其指向信号处理函数；

• 进程返回到用户态，执行相应的信号处理函数；

• 信号处理函数执行完毕后，进程返回内核态，检查是否还有其他信号未处理；

• 如果所有信号都处理完成，将恢复内核栈（从用户栈拷贝回来），同时修改指令寄存器，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；

二、代码解析

1. 信号处理函数

2. 信号通知逻辑

• 创建管道；

• 设置信号处理函数 SIGALRM 和 SIGTERM；

• 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，主循环根据接收到的信号值执行目标信号对应的逻辑代码；

3. 定时器

4. 定时器容器

5. 定时任务处理函数

6. 使用定时器

• 浏览器与服务器连接时，创建连接对应的定时器，并将该定时器添加到链表上；

• 处理异常事件时，执行定时事件，服务器关闭连接，并从链表上移除对应的定时器；

• 处理定时信号时，将定时标志设置为 true ；

• 处理读事件时，若某连接上发生读事件，将对应定时器向后移动，否则执行定时事件；

• 处理写事件时，若服务器通过某连接给浏览器发送数据，将对应定时器向后移动，否则执行定时事件。

参考文献