在Linux网络编程中如何实现信号处理和定时器功能呢？

关于epoll惊群问题，什么是惊群呢？

比如我们在写代码过程中，使用两个线程的epoll监听socket，当socket上有事件发生时，两个epoll都会被唤醒，导致会操作同一个socket，这就是惊群，那如何解决呢？ （1）使用EPOLLEXCLUSIVE：EPOLLEXCLUSIVE是epoll的扩展选项，它允许一个线程独占一个epoll实例，从而避免了epoll的惊群问题； （2）使用EPOLLONESHOT：对于注册了EPOLLONESHOT事件的文件描述符，操作系统最多触发一个可读，可写或者异常事件，且触发一次，这样就能确保一个线程获取事件并处理，但是需要注意的是对于监听类型（如accept）不能使用EPOLLONESHOT，否则就不能持续监听连接，对于处理完了的非监听事件，需要重置EPOLLONESHOT；

(相关资料图)

第一部分：信号

1、发送信号给进程

#include < sys/types.h >#include < signal.h >int kill(pid_t pid, int sig);

2、信号回调函数

#include < signal.h >typedef void (&__sighandler_t) (int);__sighandler_t signal(int sig, __sighandler_t _handler);int sigaction(int sig, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);

（1）__sighandler_t信号处理的函数指针，其中处理参数为触发信号当前值，其中有两个默认宏（SIG_DFL：使用信号默认处理，SIG_IGN：忽略目标信号）； （2）signal注册信号回调处理函数，返回值为一个函数指针，含义是这个信号上一次处理的回调函数或者是系统默认的处理函数，这里目的是让用户可以自己恢复信号处理方式，比如系统对于一些信号是杀掉进程的，这里就应该处理完自己的回调逻辑后再调用系统默认行为； （3）sigaction函数的功能是检查或修改与指定信号相关联的处理动作，使用样例如下：

#include < stdio.h >#include < unistd.h >#include < stdlib.h >#include < signal.h > int main(){    struct sigaction newact, oldact;     newact.sa_handler = SIG_IGN; // 设置信号忽略，也可以设置为处理函数    sigemptyset(&newact.sa_mask);    newact.sa_flags = 0;    int count = 0;    pid_t pid = 0;     sigaction(SIGINT, &newact, &oldact); // 原始的备份到oldact，为后续的处理恢复     pid = fork();    if (pid == 0)    {        while(1)        {            printf("child exec ...n");            sleep(1);        }        return 0;    }     while (1)    {        if (count++ > 3)        {            sigaction(SIGINT, &oldact, NULL); // 恢复父进程信号处理方式            kill(pid, SIGKILL); // 父进程发信号给子进程        }         printf("father exec ...n");        sleep(1);    }     return 0;}

第二部分：定时器

在Linux网络编程中，定时器的作用主要是管理定时任务，处理过期连接，检测超时队列等，那我们可以通过哪些方式实现定时器呢？

1、利用系统API

...setsockopt(socketfd, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &timeout, len);setsockopt(socketfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, len);int number = epoll_wait(fd, events, MAX_EVENT_NUMBER, timeout);...

通过使用socket的参数，设置连接句柄的发送和接收数据超时时间，可以实现定时处理： （1）SO_SNDTIMEO发送数据超时时间，根据timeout设置； （2）SO_RCVTIMEO接收数据超时时间，根据timeout设置； IO复用的参数中都带了一个timeout参数，可以设置来达到定时触发分支逻辑，比如epoll_wait；

2、简单的定时器

（1）启动一个线程实现定时器，具体实现如下图：

（2）使用epoll_wait设置timeout，是在网络事件触发的定时器中最方便的方式，具体逻辑如下：

... start_timer = ... // 开始执行时间while (true) {    int number = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, timeout);    for (...) {        ...        // 处理连接任务        ...    }    end_timer = ... // epoll_wait返回并处理任务时间    // 处理定时任务，判断当前时间是否在一个timeout    if (end_timer - start_timer > timeout) { // 这里是伪代码，具体时间判断可以参考linux结构体        ...        // 启动线程执行定时任务逻辑        ...    }}

3、时间轮

时间轮是一种高效定时器，通过类似圆盘的形式定义每个tick，定时转动圆盘，假设每次tick时间为si，一个时间轮有N个tick，那么执行转动一圈时间为N*si； 现在插入一个任务，需要to1时间周期后执行，这里就分情况处理： （1）如果to1< N*si，则需要分配到（当前时间轮的位置 + to1/ si）的位置上，等待自然tick到达执行当前to1的定时任务； （2）如果to1> N*si，则需要分配到（当前时间轮的位置 + (to1% N) / si+ N）的位置上，由于to1执行时间超过一轮的周期，所以需要等待多轮转动后才能执行，那如何处理呢？因此我们将每个轮的tick上挂一个链表，这个链表的节点表示到达这个tick需要执行的任务to1，这里的节点有可能是大于一个轮转动的事件周期，也可能就是当前轮时间周期内执行，我们只需要当事件到达tick时，取出链表遍历链表节点to1，判断是否是当前事件周期内执行，如果是摘除链表节点然后执行任务，如果不是则重新计算to1需要多久后执行，计算方法就和上面的一样（当前时间轮位置 + ((to1- 链表最小的周期时间) % N) / si+ N），然后将当前链表节点重新放回；

事件轮

4、时间堆

堆的数据结构应该大家都比较熟悉了，堆是一种满足以下条件的树：

时间堆

（1）循环线程读取最小时间堆的堆顶元素； （2）取出最小节点，判断当前事件是否过期，如果过期则继续执行，否则不处理； （3）将最小节点对应的事件丢给执行线程执行； 这里最小时间堆节点在代码实现中可以用一个数组表示，使用完全二叉树的排列。

#include< iostream >void heapify(int arr[], int n, int i) {    if (i >= n) return;        int min_node = i;    int lson = i * 2 + 1;    int rson = i * 2 + 2;    if (lson < n && arr[min_node] > arr[lson]) { // 和左孩子比较，找到最小节点        min_node = lson;    }    if (rson < n && arr[min_node] > arr[rson]) { // 和右孩子比较，找到最小节点        min_node = rson;    }    if (min_node != i) {        swap(arr[min_node], arr[i]);        heapify(arr, n, min_node); // 递归处理    }}void heapSort(int arr[], int n) {    // 反向取出最后一个节点    int lastNode = n - 1;    int parent = (lastNode - 1) / 2;    for (int i = parent; i >= 0; i--) {        heapify(arr, n, i);     }    for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {        swap(arr[i], arr[0]);        heapify(arr, i, 0); // 调整堆节点    }}int main() {    int arr[5] = { 70, 41, 10, 90, 18, 26 };    heap_sort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));    for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++) {        cout < < arr[i] < < endl;    }    return 0;}