Linux(程序设计):61---定时机制之SIGALRM信号（附升序的定时器链表设计定时器链表处理非活动连接）

黄沙百战穿金甲，不破楼兰终不还。这篇文章主要讲述Linux(程序设计):61---定时机制之SIGALRM信号（附升序的定时器链表设计定时器链表处理非活动连接）相关的知识，希望能为你提供帮助。

Linux提供了三种定时方法，它们是：
- socket选项SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIMEO：javascript:void(0)
- SIGALRM信号，参见文章：本文要介绍的
- I/O复用系统调用的超时参数，参见文章：javascript:void(0)
Linux套接字超时介绍也可以参见这一篇文章的介绍：javascript:void(0)

一、SIGALRM信号概述

由alarm、ualarm、setitimer函数可以触发SIGALRM信号：
- alarm、ualarm函数见：javascript:void(0)
- setitimer函数见：javascript:void(0)
定时周期T：一般而言，SIGALRM信号按照固定的频率产生，即由alarm、ualarm、setitimer函数设置的定时周期T保持不变。如果某个定时任务的超时时间不是T的整数倍，那么它实际被执行的时候和预期的时间将略有偏差。因此定时周期T反映了定时的精度

二、基于升序链表的定时器设计

定时器设计：
- 一个定时器至少包含两个成员（一个超时时间(相对时间或者绝对时间)和一个任务回调函数），有时还可能包含回调函数被执行时需要传入的参数，以及是否重启定时器等信息
- 每个定时器还要包含指向下一个定时器的指针成员。如果链表是双向的，每个定时器还需要包含指向前一个定时器的指针成员

链表设计

struct client_data：用于表示客户端信息的结构体

class util_timer：定时器类，用于表示某个定时器

class sort_timer_list：定时器链表，按照定时器的时间长短进行升序排序

//sort_timer_list.h#include < stdio.h> #include < stdlib.h> #include < arpa/inet.h> #include < time.h> #include < sys/time.h> #include < string.h> #include < strings.h> #include < unistd.h> #include < signal.h> #include < errno.h> #define BUFFER_SIZE 64class util_timer; //声明定时器类//客户端结构体 struct client_data { struct sockaddr_in address; //客户端地址 int sock_fd; //客户端套接字 char recv_buf[BUFFER_SIZE]; //读缓存区 util_timer* timer; //客户端所使用的定时器 }; //定时器类 class util_timer { public: util_timer():prev(NULL),next(NULL){} //构造函数 public: time_t expire; //任务的超时时间，此处使用绝对时间 struct client_data* user_data; //客户端数据 void (*cb_func)(struct client_data *user_data); //定时器的任务回调函数 util_timer* prev; //前一节点指针 util_timer* next; //后一节点指针 }; //定时器链表类(升序、双向链表、带有头尾节点) class sort_timer_list { public: sort_timer_list():head(NULL),tail(NULL){}//构造函数 ~sort_timer_list(); //析构函数//将timer节点插入到链表合适的位置 void add_timer(util_timer* timer); /*当某个定时任务发生变化时，调整定时器在链表中的位置。该函数只考虑被调整的定时器的超时时间延长的情况，所以只需要把定时器节点向链表的尾部移动*/ void adjust_timer(util_timer* timer); //将目标定时器从链表中删除 void del_timer(util_timer* timer); /*如果程序接收到SIGALRM信号，就在SIGALRM信号的处理函数中调用此函数，来判断链表中是否有定时器事件过期，从而来执行事件*/ void tick(); private: //将timer对象添加到以list_head起始点的链表中 void add_timer(util_timer* timer,util_timer* list_head); private: util_timer* head; //链表头结点 util_timer* tail; //链表尾结点 }; sort_timer_list::~sort_timer_list() { util_timer* temp; //循环释放链表节点 while(this-> head) { temp=this-> head-> next; delete this-> head; this-> head=temp; } }//将timer节点插入到链表合适的位置 void sort_timer_list::add_timer(util_timer* timer) { //插入的节点为空 if(timer==NULL) return; //链表为空 if(this-> head==NULL){ this-> head=this-> tail=timer; return; }//链表不为空，比头节点的时候还小，插入到头节点s之前，并作为新头节点 if(timer-> expire< this-> head-> expire){ this-> head-> prev=timer; timer-> next=this-> head; this-> head=timer; return; }//否则，插入到链表中 add_timer(timer,this-> head); }/*当某个定时任务发生变化时，调整定时器在链表中的位置。该函数只考虑被调整的定时器的超时时间延长的情况，所以只需要把定时器节点向链表的尾部移动*/ void sort_timer_list::adjust_timer(util_timer* timer) { //插入的节点为空 if(timer==NULL) return; util_timer* tmp=timer-> next; //如果定时器节点原本为尾节点或仍比后一个节点的时间值小，那么位置不变 if((tmp==NULL)||(timer-> expire< tmp-> expire)){ return; }//如果目标定时器节点为头节点，那么从链表中取出并重新插入链表 if(timer==this-> head){ this-> head=this-> head-> next; this-> head-> prev=NULL; timer-> next=NULL; add_timer(timer,this-> head); } //如果目标定时器节点不是头节点，将其从链表中取出并插入到其所在位置的后面部分链表中 else{ timer-> prev-> next=timer-> next; timer-> next-> prev=timer-> prev; add_timer(timer,timer-> next); } }//将目标定时器从链表中删除 void sort_timer_list::del_timer(util_timer* timer) { //删除的节点为空 if(timer==NULL) return; //如果链表只有一个节点，并且删除的就是这个节点 if((timer==this-> head)& & (timer==this-> tail)) { delete timer; this-> head=this-> tail=NULL; return; }//如果链表只有两个节点，且删除的是头节点 if(timer==this-> head){ this-> head=this-> tail; this-> head-> prev=NULL; delete timer; timer=NULL; return; }//如果链表只有两个节点，且删除的是尾节点 if(timer==this-> tail){ this-> tail=this-> head; this-> head-> next=NULL; delete timer; timer=NULL; return; }//如果删除的节点在中间 timer-> next-> prev=timer-> prev; timer-> prev-> next=timer-> next; delete timer; timer=NULL; }/*如果程序接收到SIGALRM信号，就在SIGALRM信号的处理函数中调用此函数，来判断链表中是否有定时器事件过期，从而来执行事件*/ void sort_timer_list::tick() { //链表为空 if(this-> head==NULL) return; //获取当前时间 time_t current_time=time(NULL); util_timer* tmp=this-> head; while(tmp) { /*如果时间比定时器节点的时间小，说明未到执行时间，退出 (因为为升序链表，所以判断一个，后面就不需要判断了)*/ if(current_time< tmp-> expire) break; //执行函数 tmp-> cb_func(tmp-> user_data); //头结点向后移动 head=tmp-> next; if(this-> head) this-> head-> prev=NULL; //删除原头节点 delete tmp; tmp=this-> head; } }//将timer对象添加到以list_head起始点的链表中 void sort_timer_list::add_timer(util_timer* timer,util_timer* list_head) { util_timer* prev=list_head; util_timer* tmp=prev-> next; //循环遍历 while(tmp) { if(timer-> expire< tmp-> expire){//如果新节点比后一节点的时间值小 prev-> next=timer; timer-> next=tmp; tmp-> prev=timer; timer-> prev=prev; break; } prev=tmp; tmp=tmp-> next; }//如果遍历完还没找到合适的插入点，说明插入到比所有的节点时间值都大，那么作为尾节点插入 if(tmp==NULL){ //prev此时为尾节点 prev-> next=timer; timer-> prev=prev; timer-> next=NULL; this-> tail=timer; } }

链表测试

//list_timer.cpp#include "sort_timer_list.h"//客户端执行函数 void client_fun(struct client_data *user_data); void sig_func(int signo); //信号处理函数sort_timer_list *myList=new sort_timer_list(); int main(int argc,char* argv[]) { //创建两个客户端 struct client_data client1,client2; bzero(& client1,sizeof(client1)); bzero(& client1,sizeof(client1)); time_t current_time=time(NULL); //创建定时器1 util_timer *timer1=new util_timer(); timer1-> expire=current_time+10; timer1-> cb_func=client_fun; timer1-> user_data=https://www.songbingjia.com/android/& client1; timer1-> user_data-> timer=timer1; bcopy("I am client1",timer1-> user_data-> recv_buf,13); //创建定时器2 util_timer *timer2=new util_timer(); timer2-> expire=current_time+25; timer2-> cb_func=client_fun; timer2-> user_data=https://www.songbingjia.com/android/& client2; timer2-> user_data-> timer=timer2; bcopy("I am client2",timer2-> user_data-> recv_buf,13); //将两个定时器加入链表中 myList-> add_timer(timer1); myList-> add_timer(timer2); //为SIGALRM信号绑定处理函数 signal(SIGALRM,sig_func); //设置一个struct itimerval定时器 struct itimerval tick; tick.it_value.tv_sec = 20; //struct itimerval定时器首次在20秒之后到期启动 tick.it_value.tv_usec = 0; tick.it_interval.tv_sec=10; //struct itimerval定时器第一次到时之后，每隔10秒到期一次 tick.it_interval.tv_usec = 0; //开启一个struct itimerval定时器，种类为ITIMER_REAL，触发的信号为SIGALRM int ret = setitimer(ITIMER_REAL, & tick, NULL); if ( ret != 0) { printf("setitimer error:%s \\n", strerror(errno) ); exit(EXIT_FAILURE); }//pause：进程挂起，在接收信号，并从信号处理函数中返回时才取消挂起 while(1) pause(); exit(EXIT_SUCCESS); }void client_fun(struct client_data *user_data) { printf("%s\\n",user_data-> recv_buf); }void sig_func(int signo) { //在SIGALRM信号处理函数中轮询链表是否有定时任务到期可以执行 myList-> tick(); }

演示效果如下：可以看到客户端1和客户端2的定时器都执行了

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三、处理非活动连接

服务器程序通常要定期处理非活动连接：给客户端发送一个重连请求、或者关闭该连接、或者其他等等
处理非活动连接的方式：
- KEEPALIVE套接字选项：Linux在内核中提供了对连接是否处于活动状态的定期检查机制，就是通过socket的KEEPALIVE套接字选项（KEEPALIVE选项可以参见文章：javascript:void(0)、javascript:void(0)）
- 由于KEEPALIVE套接字选项使应用程序对连接的管理变得复杂。因此我们可以用上面设计的定时器链表来处理非活动连接