Linux网络编程系列 (够吃,管饱)
1、Linux网络编程系列之网络编程基础****
2、Linux网络编程系列之TCP协议编程****
3、Linux网络编程系列之UDP协议编程****
4、Linux网络编程系列之UDP广播****
5、Linux网络编程系列之UDP组播****
6、Linux网络编程系列之服务器编程------阻塞IO模型****
7、Linux网络编程系列之服务器编程------非阻塞IO模型****
8、Linux网络编程系列之服务器编程------多路复用模型****
9、Linux网络编程系列之服务器编程------信号驱动模型****
一、什么是信号驱动模型
在服务器中,信号驱动模型是一种事件处理模型 ,它能够异步地响应来自外部的事件 。服务器可以注册一组回调函数,来处理来自客户端或其他进程的信号或事件,当信号或事件触发时,操作系统会通知服务器,服务器再调用对应的回调函数进行处理。
二、特性
当套接字接收到数据时,内核会触发SIGIO信号 ,然后可以利用信号的异步特性来处理数据。当然也可以使用自定义的信号,不过客户端发送数据后要发送对应信号。
服务器的信号驱动模型具有以下特性:
1、异步处理
服务器以非阻塞的方式等待客户端连接和处理请求,避免了同步处理的阻塞问题。
2、高并发性
服务器可以同时处理多个请求,提高了并发处理能力。
3、可扩展性
服务器可以根据需求注册和注销不同的回调函数,方便扩展和修改。
4、高效性
由于使用信号机制,服务器可以快速地接收和处理事件,提高了处理效率。
5、可维护性
事件处理逻辑可以分散在不同的回调函数中,方便维护和修改。
6、安全性
服务器可以使用信号屏蔽和信号处理器等机制提高安全性,以避免外部恶意攻击或异常情况的影响。
三、使用场景
1、高并发服务器
当服务器需要处理大量并发请求时,使用信号驱动模型可以避免阻塞和死锁等问题,提高服务器的并发处理能力。
2、I/O密集型应用
当服务器需要处理大量I/O操作时,使用信号驱动模型可以避免同步处理带来的性能问题,提高服务器的处理效率。
3、异步编程
使用信号驱动模型可以避免回调函数嵌套的复杂性,提高异步编程的可读性和可维护性。
4、网络通讯应用
当服务器需要支持各种网络通讯协议时,使用信号驱动模型可以避免同步阻塞导致的问题,提高服务器的兼容性和可扩展性。
5、高性能计算
当服务器需要进行大规模的计算和数据处理时,使用信号驱动模型可以充分发挥多线程和多进程的优势,提高服务器的处理能力。
四、模型框架(通信流程)
1、建立套接字。使用socket()
2、设置端口复用(推荐)。使用setsockopt()
3、绑定自己的IP和端口号。使用bind()
**4、注册SIGIO信号响应函数。**使用signal()
**5、给套接字设置属主进程。**使用fcntl()
**6、给套接字添加信号触发模式属性。**使用fcntl()
7、循环等待客户端数据
五、相关函数API接口
跟UDP通信要用到的API接口在本系列其他博客中已经讲过,可以点击本文开头的链接查看,这里省略
1、注册SIGIO信号响应函数
cpp// 注册SIGIO信号响应函数 signal(SIGIO, recv_handler);
2、给套接字设置属主进程
cpp// 设置套接字属主进程,用来将套接字产生的SIGIO信号与属主进程绑定 fcntl(sockfd, F_SETOWN, getpid());
3、 给套接字的添加异步触发模式
cpp// 给套接字设置信号触发模式属性 int status = fcntl(sockfd, F_GETFL); // 获得文件描述符的状态 status |= O_ASYNC; // 添加异步触发属性 fcntl(sockfd, F_SETFL, status); // 重新设置文件描述符的状态
六、案例
实现信号驱动模型UDP服务器的通信演示,使用nc命令模拟客户端
cpp// 信号驱动UDP服务器的案例 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/ip.h> #include <arpa/inet.h> #include <errno.h> #include <signal.h> #include <fcntl.h> #define SERVER_IP "192.168.64.128" // 记得改为自己IP #define SERVER_PORT 20000 // 不能超过65535,也不要低于1000,防止端口误用 int sockfd; // 服务器的套接字 int port; // 客户端的端口号 char ip[20] = {0}; // 客户端的IP地址 char recv_msg[128] = {0}; // 接收数据 struct sockaddr_in client_addr; // 客户端地址 socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr); // 地址大小 // 信号响应函数,用来接收数据 void recv_handler(int sig) { // 接收数据 memset(recv_msg, 0, sizeof(recv_msg)); int ret = recvfrom(sockfd, recv_msg, sizeof(recv_msg), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len); if(ret == -1) { perror("recvfrom fail"); return; } memset(ip, 0, sizeof(ip)); strcpy(ip, inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); port = ntohs(client_addr.sin_port); printf("[%s:%d] send data: %s\n", ip, port, recv_msg); } int main(int argc, char *argv[]) { // 1、建立套接字 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(sockfd == -1) { perror("socket fail"); return -1; } // 2、设置端口复用(推荐) int optval = 1; // 这里设置为端口复用,所以随便写一个值 int ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval)); if(ret == -1) { perror("setsockopt fail"); close(sockfd); return -1; } // 3、绑定自己的IP地址和端口号 struct sockaddr_in server_addr = {0}; server_addr.sin_family = AF_INET; // 指定协议为IPV4地址协议 server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); // 端口号 // server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); // IP地址 ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, addr_len); if(ret == -1) { perror("bind fail"); close(sockfd); return -1; } // 4、注册信号响应函数 signal(SIGIO, recv_handler); // 5、设置套接字属主进程,用来将套接字产生的SIGIO信号与属主进程绑定 fcntl(sockfd, F_SETOWN, getpid()); // 6、给套接字设置信号触发模式属性 int status = fcntl(sockfd, F_GETFL); // 获得文件描述符的状态 status |= O_ASYNC; // 添加异步触发属性 fcntl(sockfd, F_SETFL, status); // 重新设置文件描述符的状态 printf("wait client...\n"); while(1) { pause(); } close(sockfd); return 0; }
七、总结
UDP服务器可以采用信号驱动模型实现,其通信流程跟UDP服务器通信流程大致相同**,区别就是要设置一下SIGIO信号**