linux编程之mysleep的实现

一、使用的函数

闹钟函数alarm

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

alarm也称为闹钟函数，它可以在进程中设置一个定时器，当定时器指定的时间到时，它向进程发送SIGALRM（时钟定时信号）信号，如果忽略或者不捕捉此信号。则其默认动作是终止调用该alarm函数的进程。

pause函数

#include <unistd.h>int pause(void);

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；如果信号的处理动作是忽略，则进成继续处于挂起状态，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（被信号中断），所以pause只有出错返回值。

信好捕捉函数：sigaction

#include <signal.h>int sigaction(int signo,const struct sigaction *restrict act, struct sigaction *restrict oact);

sigaction函数的功能是检查或者修改与指定信号相关联的处理动作（同时），它是POSIX的信号接口，而signal（）是标准的c信号接口（如果程序必须在非POSIX系统上运行，那么就应该使用这个接口）。sigaction 给信号signo设置新的信号处理函数act，同时保留该信号原有的信号处理函数oact,调用成功返回0，出错返回-1。

sigaction结构体

struct sigaction {void(*sa_handler)(int);sigset_t sa_mask;int sa_flag;void(sa_sigaction)(int,siginfo,void*);};

普通版本的mysleep

#include <stdio.h>#include <signal.h>#include <unistd.h>void handler(int signo){}unsigned int mysleep(unsigned int seconds){    struct sigaction newact,oldact;    newact.sa_handler = handler;    newact.sa_flags = 0;    sigemptyset(&newact.sa_mask);    sigaction(SIGALRM,&newact,&oldact);    alarm(seconds);    pause();    int ret = alarm(0);    sigaction(SIGALRM,&oldact,NULL);    return ret;}int main(){    while(1)    {        printf("hello mysleep!\n");        mysleep(3);    }    return 0;}

运行结果，每隔三秒打印一句mysleep

解析
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handler。

2.调用alarm(timeout）设定闹钟。

3.调用pause等待,内核切换到别的进程运行。

4.timeout秒之后,闹钟超时,内核发SIGALRM给这个进程。

5.从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handler。

6.切换到用户态执行handler函数,进入handler函数时SIGALRM信号被自动屏蔽, 从handler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)。

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。

图解

二、规避竞态条件下的mysleep

现在重新审视上面的mysleep函数，设想这样的时序：
1、注册SIGALRM信号的处理函数

2、调用alarm（seconds)设定闹钟

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

4、seconds秒钟之后闹钟超时，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，内核要调度回这个进程执行，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流程，alarm(seconds)返回，调用pause()挂起等待

问题来了？？？？？？
SIGALRM信号已经处理完了，还等待什么呢？？？

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秒内被调用。由于异步事件（出现更高优先级的进程)在任何时候都有可能发生,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，这就叫做竞态条件（RaceCondition)

怎么解决呢？？

调用sigsuspend函数，使得解除信号屏蔽和挂起等待信号同时进行

#include <signal.h>int sugsuspend(const sigset_t *sigmask);

无成功返回值，只有执行了一个信号处理函数之后sigsuspend才返回，返回值为-1。

调用sigsuspend时，进程的信号屏蔽子由sigmask参数指定，可以通过指定sigmask来临时解除对某个信号的屏蔽，同时挂起等待，当sigsuspend返回时，进程的信号屏蔽字恢复为原来的值，如果原来对该信号是屏蔽的，从sigsuspend返回后仍然是屏蔽的。

规避竟态条件下的mysleep

#include <stdio.h>#include <signal.h>#include <unistd.h>void handler(int signo){}unsigned int mysleep(unsigned int seconds){    struct sigaction newact,oldact;    sigset_t newmask,oldmask,suspmask;    newact.sa_handler = handler;    newact.sa_flags = 0;    sigemptyset(&newact.sa_mask);    sigaction(SIGALRM,&newact,&oldact);    sigemptyset(&newmask);    sigaddset(&newmask,SIGALRM);    sigprocmask(SIG_BLOCK,&newmask,&oldmask);    alarm(seconds);    suspmask = oldmask;    sigdelset(&suspmask,SIGALRM);    sigsuspend(&suspmask);    int ret = alarm(0);    sigaction(SIGALRM,&oldact,NULL);    sigprocmask(SIG_SETMASK,&oldmask,NULL);    return ret;}int main(){    while(1)    {        printf("hello mysleep!\n");        mysleep(3);    }    return 0;}