Linux开发--时序竞态与解决办法

一、信号引起的竞态

    竞态是指设备或系统出现不恰当的执行时序，而得到不正确的结果，由于时间片，或其他因素，导致该到达并响应的信号没有被响应，这就是由信号引起的竞态。 

　　假设我们要写一个sleep函数，其中利用到了信号，编写的过程如下： 
　　1.注册一个信号signal(SIGALRM,handler)。接收内核给出的一个信号。 
　　2.调用alarm()函数。 
　　3.pause()挂起进程。（int pause(void)使调用进程挂起，直到有信号递达，如果递达信号是忽略，则继续挂起）

　　实现如下：

#include <unistd.h>#include <signal.h>#include <stdio.h>void sig_alrm(int signo){//信号处理函数中什么都不做    /* nothing to do */}unsigned int mysleep(unsigned int nsecs){    //newact用于保存新的信号处理动作,oldact用于保存原有信号处理动作    struct sigaction newact, oldact;    unsigned int unslept;    newact.sa_handler = sig_alrm;  //设置信号处理函数    sigemptyset(&newact.sa_mask);    newact.sa_flags = 0;    sigaction(SIGALRM, &newact, &oldact);  //设置新sigaction，保存旧sigaction     alarm(nsecs);   //设置定时    pause();        //挂起进程    unslept = alarm(0);    sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL);   //将原有sigaction设置回去    return unslept;  //返回还未睡够的时间}int main(void){    while(1){        mysleep(2);        printf("Two seconds passed\n");    }    return 0;}

上述述程序的执行过程就是： 

　　1、先注册SIGALRM信号的处理函数（在信号处理函数中什么都不做），并将原有sigaction保存起来。 
　　2、开始定时，挂起进程。 
　　3、2秒之后发送SIGALRM信号，进程响应信号，被唤起，进入什么都不做的信号处理函数。 
　　4、执行完信号处理函数之后恢复原有sigaction，结束sleep 
　　5、打印Two seconds passed

　　但是在这里有一个问题，如果在“alarm(nsecs); 设置定时”和 “pause(); 挂起进程”之间由于时间片被用完，导致该进程被调出（这时alarm函数已经被执行，内核已经开始计时），而且在该系统中进程数很多，导致“饥饿现象”，所以该进程很久没有被掉入，假设三秒都没有被掉入（我们设置的定时是2秒），这时在内核中其实在它被掉入前已经倒数完毕并发出SIGALRM信号，所以执行它的信号处理函数（什么都不做），然后它在第三秒后被掉入，继续执行，这时执行的函数是pause()，进程被挂起，但是又由于alarm发出的SIGALRM信号在之前已经被执行，所以pause()会永远等待不到SIGALRM信号的到达，那么该进程会永远的被挂起！ 
　　以上的情况就是一种由信号引起的竞态，这种情况是不可预知的，而且如若出现后果很严重！

　　所以，要改变上述情况，可以使用sigsuspend函数，这个函数有一个特点就是以下的第1步和第2步是一个原子操作，这时，在使用alarm()函数之前先阻塞SIGALRM信号，在执行sigsuspend时解除阻塞（以下的第一步就是该函数的作用），这样就不会引起竞态！就可以解决上述问题了！

#include <signal.h>int sigsuspend(const sigset_t *mask)函数的执行过程是：1.以通过指定mask来临时解除对某个信号的屏蔽，2.然后挂起等待,3.当被信号唤醒sigsuspend返回时，进程的信号屏蔽字恢复为原来的值

改进之后的例子：

#include <unistd.h>#include <signal.h>#include <stdio.h>void sig_alrm(int signo){    /* do  nothing */}unsigned int mysleep(unsigned int nsecs){    struct sigaction newact, oldact;  //newact用于保存新的信号处理动作,oldact用于保存原有信号处理动作    //newmask将要添加的阻塞信号集,oldmask原有信号集    //suspmask为sigsuspend所用阻塞信号集    sigset_t newmask, oldmask, suspmask;    unsigned int unslept;//保存未睡够的时间    /* 设置SIGALRM信号处理函数,并保存原有信号处理函数 */    newact.sa_handler = sig_alrm;    sigemptyset(&newact.sa_mask);    newact.sa_flags = 0;    sigaction(SIGALRM, &newact, &oldact);    /* 阻塞SIGALRM信号,并保存当前的阻塞信号集 */    sigemptyset(&newmask);//初始化信号集(全部置0),防止原有垃圾值    sigaddset(&newmask, SIGALRM);//阻塞SIGALRM信号    //注册信号屏蔽字    //设原有的信号屏蔽字为mask,则由于以SIG_BLOCK方式    //首先将原有的保存到oldmask中,现在的阻塞信号字为mask=mask | newmask)    sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);    alarm(nsecs);//调用时钟,nsecs秒后向该进程发送SIGALRM信号,程序继续执行    /* 如果这个时候cpu被抢占>nsecs秒，由于SIGALRM信号被阻塞，所以即使时间到了发送了SIGALRM信号，也不会被处理,也就不会发生时序竞争 */    suspmask = oldmask;//将原有信号集赋给sigsuspend所用的信号集    sigdelset(&suspmask, SIGALRM);//在sigsuspend中不阻塞SIGALRM信号    //挂起    sigsuspend(&suspmask);    //只要有任何信号被捕捉就会被唤醒继续执行下面的程序    //并将信号集恢复为该进程的信号集:sigprocmask之后的信号集    // 如果在正常的SIGALRM信号到来之前,接收到其他信号,则计算未睡够的时间    unslept = alarm(0);    sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL); //恢复愿来SIGALRM信号的动作    sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);//恢复最初信号集    return(unslept);//返回未睡够的时间}int main(void){    while(1)    {        mysleep(2);        printf("Two seconds passed\n");    }    return 0;}