基礎: 無限運行程序.
程序可以簡單的分為兩種類型:
- 程序啟動后,一段時間后,完成了任務,會主動退出,這里稱為有限程序.
- 程序啟動后,會一直運行,不會主動退出,這里稱為無限程序.
顯然,服務器程序如nginx,php-fpm和桌面圖形界面(GUI)程序如firefox,word 都屬無限程序.
這類程序的共同點是啟動后一直運行,如果不出故障,能源足夠,且未收到退出指令的情況下,無限程序會永久運行.
服務器程序和圖形界面,一個前端,一個后端,相距甚遠. 兩者內部的核心機制且及其相近.
服務器程序,啟動后,等待網絡請求, 并做出響應.
圖形界面,啟動后,等待用戶事件,點擊或鍵盤輸入等,并做出響應
簡單的道理,如果程序運行一段時間后就退出, 就無法響應網絡請求或用戶事件.
我們簡單的想一下,一個程序要如何才能無限運行呢? 再復雜的邏輯,總有計算完成的時候.
直覺告訴我們,程序要無限運行,里面應該有個無限循環(huán).
沒錯服務器程序和圖形界面程序都有個無限循環(huán).
程序在無限循環(huán)里運行, 如果馬不停蹄的飛轉, 會獨占100%CPU資源,機器不累,看的人都累.
于是我們想到,應該在程序無限循環(huán)里歇一歇,最簡單的辦法就是sleep一下:如下:
while(1){
process();
sleep(1);
}
這樣程序可以一直運行且不獨占CPU,很多人都這樣做過.
但在正式的產品程序里,這不是個好辦法.
首先, sleep時間太短,沒意義,sleep時間太長會導致響應緩慢停頓.
還有,sleep 效率也不高.
怎么辦?
多數(shù)服務器程序和圖形界面程序在無限循環(huán)里,
通常會在對一個對文件句柄(網絡連接也是文件)的操作上停一下,收到信息后或超時后繼續(xù)循環(huán)運行.
程序停在那里等待信息,有個專業(yè)術語叫阻塞(blocking).
操作系統(tǒng)在內核層面上,支持阻塞(blocking)機制, 所以程序阻塞在對IO的操作上,高效且占用的資源很小.
有的程序員說,我開發(fā)了很多android應用,沒看到哪里有無限循環(huán)啊?
主要的原因就android在框架里實現(xiàn)了,對一般開發(fā)者不可見,如果你看android框架源碼,會在某個地方發(fā)現(xiàn)無限循環(huán).
在服務器程序和圖形界面程序的另一個很相似的地方就是:事件和事件隊列.
通常與事件相關的詳細信息和回調函數(shù)會包裝成一個事件對象,放到事件隊列里. (C語言用結構體表示對象)
對文件句柄fd阻塞讀取操作(監(jiān)聽)只是個獲取個觸發(fā)信號.
無限循環(huán)里,獲取和處理隊列里的事件.
常見的設計中,定時運行邏輯,會放到一個定時隊列里,無限循環(huán)時順帶檢查定時隊列,處理到時的運行邏輯.
以下用一個簡單的程序說明:
// 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;
}
運行
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
這個很簡單的無限程序,確也體現(xiàn)了服務器和圖形界面程序的基礎結構:
無限循環(huán),阻塞監(jiān)聽事件, 處理事件.
這個程序占用CPU很小,也說明了阻塞操作在無限循環(huán)里的重要性.
這個程序和成品無限程序相比,還需要改進:
- 這個程序監(jiān)聽0號文件(fd=0), 也就是標準輸入鍵盤, 成品程序通常會使用pipe或sockpair 創(chuàng)建虛擬文件用于通信. (重復一下,unix下,一切IO設備皆文件)
- 成品程序通常會在循環(huán)中加入處理定時任務的邏輯.
- 沒有輸入的情況下,這個程序會一直阻塞, 無法處理其他任務.
成品程序通常會搭配select (epoll) 使用, 設置阻塞超時時間,以便處理到時的定時任務.
這里的阻塞超時時間，通常依據最近的定時任務的時間來設定。
改良后，循環(huán)的大致結構如下：
while(1){
timeout = get_timeout(timer_task_queue); 依據最近的定時任務
ready_io_events = wait_io_event(timeout);
process(ready_io_events);
process_timer_task()
}
總結：
無線循環(huán)里：
1，獲取阻塞超時時間（依據下一個定時任務），
2，阻塞等待IO事件，
3，處理IO事件，
4，處理定時任務。
周而復始，不停運行，這可以說是服務器和圖形界面程序設計的一個套路。
了解了這個套路，研究無限程序源代碼就不會陌生。
