基礎(chǔ): 無限運(yùn)行程序.
程序可以簡單的分為兩種類型:
- 程序啟動(dòng)后,一段時(shí)間后,完成了任務(wù),會(huì)主動(dòng)退出,這里稱為有限程序.
- 程序啟動(dòng)后,會(huì)一直運(yùn)行,不會(huì)主動(dòng)退出,這里稱為無限程序.
顯然,服務(wù)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(diǎn)是啟動(dòng)后一直運(yùn)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(huì)永久運(yùn)行.
服務(wù)器程序和圖形界面,一個(gè)前端,一個(gè)后端,相距甚遠(yuǎn). 兩者內(nèi)部的核心機(jī)制且及其相近.
服務(wù)器程序,啟動(dòng)后,等待網(wǎng)絡(luò)請求, 并做出響應(yīng).
圖形界面,啟動(dòng)后,等待用戶事件,點(diǎn)擊或鍵盤輸入等,并做出響應(yīng)
簡單的道理,如果程序運(yùn)行一段時(shí)間后就退出, 就無法響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請求或用戶事件.
我們簡單的想一下,一個(gè)程序要如何才能無限運(yùn)行呢? 再復(fù)雜的邏輯,總有計(jì)算完成的時(shí)候.
直覺告訴我們,程序要無限運(yùn)行,里面應(yīng)該有個(gè)無限循環(huán).
沒錯(cuò)服務(wù)器程序和圖形界面程序都有個(gè)無限循環(huán).
程序在無限循環(huán)里運(yùn)行, 如果馬不停蹄的飛轉(zhuǎn), 會(huì)獨(dú)占100%CPU資源,機(jī)器不累,看的人都累.
于是我們想到,應(yīng)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(yùn)行且不獨(dú)占CPU,很多人都這樣做過.
但在正式的產(chǎn)品程序里,這不是個(gè)好辦法.
首先, sleep時(shí)間太短,沒意義,sleep時(shí)間太長會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)緩慢停頓.
還有,sleep 效率也不高.
怎么辦?
多數(shù)服務(wù)器程序和圖形界面程序在無限循環(huán)里,
通常會(huì)在對一個(gè)對文件句柄(網(wǎng)絡(luò)連接也是文件)的操作上停一下,收到信息后或超時(shí)后繼續(xù)循環(huán)運(yùn)行.
程序停在那里等待信息,有個(gè)專業(yè)術(shù)語叫阻塞(blocking).
操作系統(tǒng)在內(nèi)核層面上,支持阻塞(blocking)機(jī)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(yīng)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(shí)現(xiàn)了,對一般開發(fā)者不可見,如果你看android框架源碼,會(huì)在某個(gè)地方發(fā)現(xiàn)無限循環(huán).
在服務(wù)器程序和圖形界面程序的另一個(gè)很相似的地方就是:事件和事件隊(duì)列.
通常與事件相關(guān)的詳細(xì)信息和回調(diào)函數(shù)會(huì)包裝成一個(gè)事件對象,放到事件隊(duì)列里. (C語言用結(jié)構(gòu)體表示對象)
對文件句柄fd阻塞讀取操作(監(jiān)聽)只是個(gè)獲取個(gè)觸發(fā)信號(hào).
無限循環(huán)里,獲取和處理隊(duì)列里的事件.
常見的設(shè)計(jì)中,定時(shí)運(yùn)行邏輯,會(huì)放到一個(gè)定時(shí)隊(duì)列里,無限循環(huán)時(shí)順帶檢查定時(shí)隊(duì)列,處理到時(shí)的運(yùn)行邏輯.
以下用一個(gè)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(yùn)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(gè)很簡單的無限程序,確也體現(xiàn)了服務(wù)器和圖形界面程序的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu):
無限循環(huán),阻塞監(jiān)聽事件, 處理事件.
這個(gè)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(gè)程序和成品無限程序相比,還需要改進(jìn):
- 這個(gè)程序監(jiān)聽0號(hào)文件(fd=0), 也就是標(biāo)準(zhǔn)輸入鍵盤, 成品程序通常會(huì)使用pipe或sockpair 創(chuàng)建虛擬文件用于通信. (重復(fù)一下,unix下,一切IO設(shè)備皆文件)
- 成品程序通常會(huì)在循環(huán)中加入處理定時(shí)任務(wù)的邏輯.
- 沒有輸入的情況下,這個(gè)程序會(huì)一直阻塞, 無法處理其他任務(wù).
成品程序通常會(huì)搭配select (epoll) 使用, 設(shè)置阻塞超時(shí)時(shí)間,以便處理到時(shí)的定時(shí)任務(wù).
這里的阻塞超時(shí)時(shí)間，通常依據(jù)最近的定時(shí)任務(wù)的時(shí)間來設(shè)定。
改良后，循環(huán)的大致結(jié)構(gòu)如下：
while(1){
timeout = get_timeout(timer_task_queue); 依據(jù)最近的定時(shí)任務(wù)
ready_io_events = wait_io_event(timeout);
process(ready_io_events);
process_timer_task()
}
總結(jié)：
無線循環(huán)里：
1，獲取阻塞超時(shí)時(shí)間（依據(jù)下一個(gè)定時(shí)任務(wù)），
2，阻塞等待IO事件，
3，處理IO事件，
4，處理定時(shí)任務(wù)。
周而復(fù)始，不停運(yùn)行，這可以說是服務(wù)器和圖形界面程序設(shè)計(jì)的一個(gè)套路。
了解了這個(gè)套路，研究無限程序源代碼就不會(huì)陌生。
