编写一个mysleep函数

编写实现mysleep函数

在这之前，我写了有关于信号的相关知识，我在里面讲到了两个函数，分别是alarm和pause两个函数，这两个函数是干嘛的呢，我在这里再介绍一遍。

alarm函数

调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号,该信号的默认处理动作是终止当前进程。 这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。

pause函数

pause函数使调用进程挂起直到有信号递达。如果信号的处理动作是终止进程,则进程终止,pause函数没有机会返回;如果信号的处理动作是忽略,则进程继续处于挂起状态,pause不返回;如果信号的处理动作是捕捉,则调用了信号处理函数之后pause返回-1,errno设置为EINTR, 所以pause只有出错的返回值。错误码EINTR表示“被信号中断”。

下面我用alarm和pause实现sleep()函数：

1、main函数调用mysleep函数，后者调用sigaction注册了SIGALRM信号的处理函数sig_alrm()

2、调用alarm(seconds)函数设定闹钟

3、调用pause等待，内核切换到别的线程去运行

4、seconds秒之后，闹钟超时，内核发SIGALRM信号给这个进程

5、在内核态返回这个进程的用户态之前处理未决信号，发现有SIGALRM信号，其处理函数是sig_alrm()

6、切换到用户态执行sig_alrm()函数，进入sig_alrm()函数时SIGALRM信号自动被屏蔽，从sig_alrm()函数返回时SIGALRM信号自动解除屏蔽。然后自动执行系统调用sigreturn再次进入内核,再返回用户态继续执行进程的主控制流程(main函数调用的mysleep函数)（这里就是之前我提到的信号捕捉，不清楚的可以去看一下(信号的学习)）

7、pause函数返回-1，然后调用alarm(0)取消闹钟，调用sigaction恢复SIGALRM信号以前的处理动作。

在看了上面的代码之后，我们可以去运行一下

我们看到这里的效果和实现一个sleep的效果是一致的。

但其实，这里的程序是带有一点小bug的，你可以看出来吗？

给点提示，bug在第26行设置闹钟这里。

我们现在设想一下，给出这样的操作时序：

1、注册SIGALRM信号处理函数

2、调用alarm(seconds)函数设定闹钟

3、内核调度优先级更高的进程替代当前进程执行，并且优先级更高的进程有很多个，每个都需要执行很长的时间

4、seconds秒之后闹钟超时了，内核发送SIGALRM信号给这个进程，处于未决状态

5、优先级更高的进程执行完了，内核要调度这个进程执行。SIGALRM信号递达，执行处理函数sig_alrm()之后再次进入内核

6、返回这个进程的主控制流程，alarm(seconds)返回，调用pause()挂起等待

7、但是，此时SIGALRM信号已经被处理完了，那还需要等待什么呢？

竞态条件和sigsuspend函数

出现这个问题的根本原因是系统运行的时序(Timing)并不像我们写程序时所设想的那样。虽然alarm(seconds)紧接着的下一行就是pause(),但是无法保证pause()一定会在调用alarm(seconds)之后的seconds秒之内被调用。由于异步事件在任何时候都有可能发生(这里的异步事件指出现更高优先级的进程)。如果我们写程序时考虑不周密,就可能由于时序问题而导致错误,这叫做竞态条件 (Race Condition)。

那么在理解这个问题之后，我们应该能够想出这样的处理方法->在调用pause之前屏蔽SIGALRM信号使它不能提前递达就好了。

首先看一下下面的方法：

1、屏蔽SIGALRM信号

2、alarm(seconds)

3、解除对SIGALRM信号的屏蔽

4、pause()

但是呢，从解除信号屏蔽到调用pause之间任然存在间隙，SIGALRM信号任然有可能在这个间隙之间递达。若要消除这个间隙，我们将解除屏蔽移到pause之后可以嘛？

1、屏蔽SIGALRM信号

2、alarm(seconds)

3、pause()

4、解除对SIGALRM信号的屏蔽

这样就更不行了，还没有解除屏蔽就调用pause，pause根本不可能等到SIGALRM信号。

所以，我们还是想要通过第一种方法去处理这个问题，只要将“解除信号屏蔽”和“挂起等待信号”这两步合并成一个原子操作就好了。

所以，这里我再介绍到sigsuspend这个函数，上面的要求正是sigsuspend函数的功能。 sigsuspend包含了pause的挂起等待功能,同时解决了竞态条件的问题,在对时序要求严格的场合下都应该调用sigsuspend而不是pause。

和pause一样，sigsuspend没有成功返回值，只有执行了一个信号处理函数之后sigsuspend才返回，返回值为-1，errno设置为EINTR。

下面我就用sigsuspend去重新实现一下mysleep函数

如果在调用mysleep函数时SIGALRM信号没有屏蔽:

1. 调用sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &omask);时屏蔽SIGALRM。

2. 调用sigsuspend(&suspmask);时解除对SIGALRM的屏蔽,然后挂起等待待。

3. SIGALRM递达后suspend返回,自动恢复原来的屏蔽字,也就是再次屏蔽SIGALRM。

4. 调用sigprocmask(SIG_SETMASK, &omask, NULL);时再次解除对SIGALRM的屏蔽。

然后我们运行一下程序：