基础: 无限运行程序.
程序可以简单的分为两种类型:
- 程序启动后,一段时间后,完成了任务,会主动退出,这里称为有限程序.
- 程序启动后,会一直运行,不会主动退出,这里称为无限程序.
显然,服务器程序如nginx,php-fpm和桌面图形界面(GUI)程序如firefox,word 都属无限程序.
这类程序的共同点是启动后一直运行,如果不出故障,能源足够,且未收到退出指令的情况下,无限程序会永久运行.
服务器程序和图形界面,一个前端,一个后端,相距甚远. 两者内部的核心机制且及其相近.
服务器程序,启动后,等待网络请求, 并做出响应.
图形界面,启动后,等待用户事件,点击或键盘输入等,并做出响应
简单的道理,如果程序运行一段时间后就退出, 就无法响应网络请求或用户事件.
我们简单的想一下,一个程序要如何才能无限运行呢? 再复杂的逻辑,总有计算完成的时候.
直觉告诉我们,程序要无限运行,里面应该有个无限循环.
没错服务器程序和图形界面程序都有个无限循环.
程序在无限循环里运行, 如果马不停蹄的飞转, 会独占100%CPU资源,机器不累,看的人都累.
于是我们想到,应该在程序无限循环里歇一歇,最简单的办法就是sleep一下:如下:
while(1){
process();
sleep(1);
}
这样程序可以一直运行且不独占CPU,很多人都这样做过.
但在正式的产品程序里,这不是个好办法.
首先, sleep时间太短,没意义,sleep时间太长会导致响应缓慢停顿.
还有,sleep 效率也不高.
怎么办?
多数服务器程序和图形界面程序在无限循环里,
通常会在对一个对文件句柄(网络连接也是文件)的操作上停一下,收到信息后或超时后继续循环运行.
程序停在那里等待信息,有个专业术语叫阻塞(blocking).
操作系统在内核层面上,支持阻塞(blocking)机制, 所以程序阻塞在对IO的操作上,高效且占用的资源很小.
有的程序员说,我开发了很多android应用,没看到哪里有无限循环啊?
主要的原因就android在框架里实现了,对一般开发者不可见,如果你看android框架源码,会在某个地方发现无限循环.
在服务器程序和图形界面程序的另一个很相似的地方就是:事件和事件队列.
通常与事件相关的详细信息和回调函数会包装成一个事件对象,放到事件队列里. (C语言用结构体表示对象)
对文件句柄fd阻塞读取操作(监听)只是个获取个触发信号.
无限循环里,获取和处理队列里的事件.
常见的设计中,定时运行逻辑,会放到一个定时队列里,无限循环时顺带检查定时队列,处理到时的运行逻辑.
以下用一个简单的程序说明:
// simple_event.c
#include <stdio.h>
int fd= 0;
char event[100];
void wait_event(){
int length;
printf("Please input event\n");
length = read(fd,event,sizeof(event));
event[length] = 0;
printf("Recieved event: %s",event);
}
void process_event(){
printf("Processed event: %s",event);
}
int main() {
while(1){
wait_event();
process_event();
}
return 0;
}
运行
gcc -o simple_event simple_event.c
./simple_event
Please input event
keyup
Recieved event: keyup
Processed event: keyup
Please input event
click
Recieved event: click
Processed event: click
这个很简单的无限程序,确也体现了服务器和图形界面程序的基础结构:
无限循环,阻塞监听事件, 处理事件.
这个程序占用CPU很小,也说明了阻塞操作在无限循环里的重要性.
这个程序和成品无限程序相比,还需要改进:
- 这个程序监听0号文件(fd=0), 也就是标准输入键盘, 成品程序通常会使用pipe或sockpair 创建虚拟文件用于通信. (重复一下,unix下,一切IO设备皆文件)
- 成品程序通常会在循环中加入处理定时任务的逻辑.
- 没有输入的情况下,这个程序会一直阻塞, 无法处理其他任务.
成品程序通常会搭配select (epoll) 使用, 设置阻塞超时时间,以便处理到时的定时任务.
这里的阻塞超时时间，通常依据最近的定时任务的时间来设定。
改良后，循环的大致结构如下：
while(1){
timeout = get_timeout(timer_task_queue); 依据最近的定时任务
ready_io_events = wait_io_event(timeout);
process(ready_io_events);
process_timer_task()
}
总结：
无线循环里：
1，获取阻塞超时时间（依据下一个定时任务），
2，阻塞等待IO事件，
3，处理IO事件，
4，处理定时任务。
周而复始，不停运行，这可以说是服务器和图形界面程序设计的一个套路。
了解了这个套路，研究无限程序源代码就不会陌生。
