Unix訊號機制下

(一)時序競態

在訊號(上)裡面講解了訊號基礎的用法。但是考慮一下這樣的場景，比如我用alarm函式定時3秒，但是在定時完成後，cpu排程去執行其它的程序了，過了4秒，才回到之前執行到的地方，但是alarm定時的時間已經過了，那麼還沒等到執行下一條語句，訊號就先被處理了，可能導致程式的邏輯出現問題。這裡用乙個例子說明。

首先介紹乙個函式

函式原型:int pause(void)

返回值：只有執行了乙個訊號處理程式並從其返回時，pause才返回。並且只會返回-1，並設定errno為eintr。也就是說，沒有失敗的情況。

引數：無

標頭檔案：#include

這下我們就可以借助alarm()和pause()完成乙個我們自己編寫的sleep函式了。

#include #include #include typedef void (*sighandler_t)(int);
void sig_catch(int signo)           //處理函式
unsigned int mysleep(unsigned int seconds)
alarm(seconds);             //定時
pause();                    //掛起等待
signal(sigalrm, reback);    //恢復signal原來的預設處理動作
return alarm(0);
}int main()

這段**，在乙個負載不是很嚴重的系統上執行一般不會出現問題。但是請注意之前說到的乙個現象，當執行到定時那一行**，準備執行pause()函式時，cpu排程到了另乙個程序，用了6s，那麼此時的定時期alarm定時的時間已經過了，訊號一傳送，就馬上被處理掉，這個時候回到本程序，pause()函式就再也等不到alarm()函式傳送的sigalrm訊號了，就會一直處於掛起狀態。

既然訊號是提前傳送並處理了，那們我們可以用遮蔽訊號的方法來阻止訊號被預先處理，意思就是在執行pause函式之前把sigalrm訊號遮蔽了，然後在即將執行pause函式時，再解除遮蔽。

#include #include #include #include void sig_catch(int signo)       //處理函式
int main()
sigset_t mask, old_mask;    //old_mask用來記錄程序之前的訊號遮蔽字
sigemptyset(&mask);         //清空masl
sigaddset(&mask, sigalrm);  //將sigalrm訊號加入mask中
sigprocmask(sig_block, &mask, &old_mask);   //設定遮蔽sigalrm
alarm(5);       //定時開始
sigprocmask(sig_unblock, &mask, null);  //解除遮蔽
pause();
sigaction(sigalrm, &old_act, null);
sigprocmask(sig_setmask, &old_mask, null);  //恢復程序之前的遮蔽字
return 0;
}

仔細一看會發現乙個問題，在解除遮蔽sigalrm訊號完成後，然後cpu就排程到了其它程序，這樣的結果和之前一樣，都會導致pause()接收不到任何訊號，造成一直掛起。問題就出在解除遮蔽和掛起之間，只要能把這兩個操作合成乙個操作，那就不會導致有這樣的現象出現了。而unix中就有這樣的乙個函式。

函式原型：int sigsuspend(const sigset_t *mask)//掛起等待訊號

返回值：總是返回-1，如果正常返回，會設定errno為eintr

引數：mask是乙個訊號遮蔽字，裡面遮蔽了需要等待的訊號

#include #include #include #include void sig_catch(int signo)       //處理函式
int main()
/* 和上段**開始出現不同 */
sigset_t mask, old_mask, sus_mask; //sus_mask是乙個臨時的訊號遮蔽字，只在sigsuspend函式期間生效，並且該函式呼叫完之後，訊號遮蔽字恢復為呼叫之前的值
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, sigalrm);
sigprocmask(sig_block, &mask, &old_mask);       //遮蔽sigalrm訊號
alarm(5);
sus_mask = old_mask;    //將舊的訊號遮蔽字賦給sus_mask
sigdelset(&sus_mask, sigalrm);  //為了防止之前的訊號遮蔽字已經遮蔽了sigalrm，所以保險起見，刪掉sigalrm
sigsuspend(&sus_mask);  //傳入sus_mask，等待訊號
sigaction(sigalrm, &old_act, null); //恢復為預設的動作
sigprocmask(sig_setmask, &old_mask, null);  //恢復為之前的訊號遮蔽字
return 0;
}

這樣就有效的避免了由於時序競態造成的問題，要切記使用sigsuspend函式時傳入的訊號遮蔽字只是臨時的，呼叫完畢後程序的訊號遮蔽字會自動恢復成呼叫之前的樣子。

(二).可/不可重入函式

在《unix環境高階程式設計》中，解釋的比較清楚。以下是原話

程序捕捉到訊號並對其進行處理時，程序正在執行的正常指令序列就被訊號處理程式臨時中斷，它首先執行該訊號處理程式中的指令。如果從訊號處理程式返回（例如沒有呼叫exit或longjmp)，則繼續執行在捕捉到訊號時程序正在執行的正常指令序列（這類似於發生硬體中斷時所做的）。但在訊號處理程式中，不能判斷捕捉到訊號時程序執行到何處。如果程序正在執行malloc在其堆中分配另外的儲存空間，而此時由於捕捉到訊號而插入執行該訊號處理程式，其中又呼叫malloc，這時會發生什麼。。。。。。。。在malloc例子中，可能會對程序造成破壞，因為malloc通常為它所分配的儲存區維護乙個鍊錶，而插入執行訊號處理程式時，程序可能正在更改此鍊錶。

也就是說，可重入函式要求在執行該函式的過程中，即使被中斷了之後，再次回來繼續執行，也不會造成異常，這就叫可重入函式。書中還列出了大部分可重入函式，並提出了三點是不可重入函式的特徵：

1.使用了靜態資料結構

2.呼叫了malloc或free

3.是標準i/o函式(標準i/o函式的很多實現都以不可重入方式使用全域性資料結構)

所以我們需要避免捕捉到訊號呼叫的函式是不可重入函式。

(三).sigchld訊號

這個訊號會在1).子程序終止時。2).子程序接收到sigstop訊號停止時。3).子程序處在停止態，接收到sigcont後喚醒時。這幾種情況產生。

而在子程序結束時，它的父程序會收到sigchld訊號，而該訊號的預設處理動作就是忽略，所以我們可以利用這一點，對該訊號進行捕捉，然後完成子程序的**。

#include #include #include #include #include #include #include void sys_err(char *str)
void do_sig_child(int signo)        //處理函式
}int main(void)
if(pid == 0)        //子程序執行**
return i+1; 
}else if(pid > 0)    //父程序執行**
}return 0;
}

(四).訊號傳參

函式原型：int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value)

返回值：成功返回0.失敗返回-1，並設定errno

引數：pid:代表要傳送給哪個程序，填程序號;sig:要傳送的訊號;value:攜帶的資料

union sigval

需要注意，不同的程序擁有不同的虛擬空間，所以傳位址是沒有意義的。

如果我們想要接收到傳遞的引數，那就應該使用sigaction函式中struct sigaction結構體中的另外乙個成員，也就是void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *)，並且此時的sa_flags的值應為sa_siginfo而不是預設屬性。

(五).中斷系統呼叫

系統呼叫分為兩類：慢速系統呼叫和其它系統呼叫

1.慢速系統呼叫：可能會使程序永久阻塞。例如wait read pause等

2.其它系統呼叫：比如fork getpid

慢速系統呼叫被中斷的行為就如同之前測試的pause一樣，必須接收到訊號，並且該訊號是**捉，而不是預設或者忽略。並且中斷後返回-1，設定errno為eintr。

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