unix重启系统调用解析

在unix高级环境编程一书列举了大量的重启系统，例如下面的例子：

    pid_t r_wait(int *stat_loc)    {        int retval;        while(((retval = wait(stat_loc)) ==-1 && (errno == EINTR));        return retval;    }

 　　还有对read，write的重启操作。刚开始对这些东西并不了解，不知道为啥需要判断errno，为啥errno为EINTR时，需要重新启动wait ，read，write。随着自己看的书变多，慢慢理解了重启系统调用。UNP volume1中提到slow system call，UNP中的例子是accept系统调用，accept是服务器端接受网络客户端的连接，connect，将完成三次握手协议的连接返回。如果服务器打开了监听listen，但是始终没有客户端来连接connect，可以想见，accept就阻塞在此。这是一种比较好理解的阻塞型系统调用。wait 也比较容易理解，父进程通过fork创建了子进程后，调用wait 等待子进程退出，但是子进程有自己的生命历程，也许子进程立即就退出了，也许子进程运行了5天还是没有退出，这都是可能的，所以wait也是一种阻塞性的调用。
　　但是linux世界上还有另外一种东东，叫做信号，来处理突发事件。如果系统调用尤其是阻塞型的系统调用遇到信号，怎么办呢？是等系统调用game over以后再处理信号，还是中断系统调用，尽快将信号投递到进程呢？ 想想前面提到的例子，如果wait等的子进程5天后才能退出，父进程的信号投递将等的花儿都谢了。所以对于阻塞性的调用，必须阻止这种情况的发生。一般来讲，一个系统调用，要么成功，要么失败，但是由于为了及时处理信号，出现了第三种情况，系统调用被信号中断，为了标识这种情况，错误码errno置为EINTR。我们看到了，这个世界并不完美，编程同样也不完美。这也就是前文引用的errno == EINTR时，重启wait的原因。
我们可以看到这种方式并不优美，程序员需要自己判断errno，如果被信号终端，那么还需要自己来重启系统调用。这是System V UNITX的实现方式。
BSD 内核想程序员之所想，急程序员之所急，采用了另外一种实现，就是如果中断系统调用，切换到用户态来执行信号处理程序，那么系统调用没有返回值，内核在信号处理函数结束后，自动重启系统调用。这种方式很贴心阿，程序员再也不用自己判断errno，然后重启系统调用了。
LINUX不愧是UNIX世界的杰出新秀，他通过SA_RESTART 就可以支持BSD方案。下面我通过一个例子来讲述这个重启问题。
下面这个实例捕捉SIGALRM信号，捕捉到信号后，执行sig_alrm_func函数。我们可以看到因为errno ==EINTR这一段被注释掉，所以，没有重启系统调用wait，导致系统调用wait返回失败，并且父进程没有delay 50 second，从而，父进程先结束了，生成的子进程变成了孤儿。

    #include<stdio.h>    #include<stdlib.h>    #include<unistd.h>    #include<sys/wait.h>    #include<errno.h>    #include<string.h>    pid_t r_wait(int *stat_loc)    {        int ret;            while(((ret = wait(stat_loc)) == -1) )            {                    /*if(errno == EINTR)                    {                         fprintf(stderr,"may be interrupted by a signal,let wait again \n");                    }                    else*/                    {                            break;                    }            }            return ret;    }    void sig_alrm_func()    {        printf("catch an alarm signal\n");        return;    }    int main(int argc,char** argv)    {        pid_t childpid;            int i,n;            struct sigaction act;            if(argc != 2)            {             fprintf(stderr,"usage : test n \n",argv[0]);                 return -1;            }            n = atoi(argv[1]);                        act.sa_handler = sig_alrm_func;            sigemptyset(&act.sa_mask);            act.sa_flags |= 0;//SA_RESTART;            sigaction(SIGALRM,&act,NULL);            for(i = 0;i<n;i++)            {             if((childpid = fork()) <= 0)                                    break;            }           if(childpid == 0 )            {                   sleep(50);            }            while(r_wait(NULL) >0) ;            fprintf(stderr," i :%d process ID : %ld,\t parent ID :%ld \tchild ID : %ld\n",                                            i,(long)getpid(),(long)getppid(),(long)childpid);            return 0;    }

运行结果：

    root@libin:~/program/C/UNP/research# ./test 6  另外一个端口查看ps -ef ,并向父进程发送SIGALRM信号。    root      8679  7694  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6    root      8680  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6    root      8681  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6    root      8682  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6    root      8683  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6    root      8684  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6    root      8685  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6    root@libin:~# kill -SIGALRM 8679    发送信号SIGALRM后 执行端口显示    catch an alarm signal     i :6  process ID : 8679,parent ID :7694 child ID : 8685    过了若干秒后，子进程完成自己的生命周期，退出。脱出之前，我们看到，子进程的父进程已经不再是8679.因为8679已经退出了，他们的新父亲是1号进程。    root@libin:~/program/C/UNP/research#  i :0  process ID : 8680,parent ID :1 child ID : 0     i :1  process ID : 8681,parent ID :1 child ID : 0     i :2  process ID : 8682,parent ID :1 child ID : 0     i :3  process ID : 8683,parent ID :1 child ID : 0     i :4  process ID : 8684,parent ID :1 child ID : 0     i :5  process ID : 8685,parent ID :1 child ID : 0

通过前面的例子，我们看到了，如果我们收到信号，中断了系统调用，如果我们不重启系统调用，那么，程序不是按照我们预想的方式运行。
OK，我们将r_wait函数中的注释去掉，我们判断错误码errno，如果errno == EINTR，那么我们重启wait函数，那么，我们可以看到如下情景：

    root@libin:~/program/C/UNP/research# ./test 6在另外一个端口执行ps -ef并且给父进程发送SIGALRM信号root      8733  7694  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6root      8734  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6root      8735  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6root      8736  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6root      8737  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6root      8738  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6root      8739  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6root@libin:~# kill -SIGALRM 8733在执行端口，我们看到，程序运行50s后，有如下打印：    catch an alarm signal    may be interrupted by a signal,let wait again     i :1 process ID : 8735,     parent ID :8733     child ID : 0     i :0 process ID : 8734,     parent ID :8733     child ID : 0     i :2 process ID : 8736,     parent ID :8733     child ID : 0     i :3 process ID : 8737,     parent ID :8733     child ID : 0     i :4 process ID : 8738,     parent ID :8733     child ID : 0     i :5 process ID : 8739,     parent ID :8733     child ID : 0     i :6 process ID : 8733,     parent ID :7694     child ID : 8739

最后，我们试一下BSD方案，r_wait函数不判断errno，不重启wait，但是act.sa_flags = SA_RESTART.

    root@libin:~/program/C/UNP/research# ./test 6    catch an alarm signal    i :0 process ID : 8775, parent ID :8774 child ID : 0    i :1 process ID : 8776, parent ID :8774 child ID : 0    i :2 process ID : 8777, parent ID :8774 child ID : 0    i :3 process ID : 8778, parent ID :8774 child ID : 0    i :4 process ID : 8779, parent ID :8774 child ID : 0    i :5 process ID : 8780, parent ID :8774 child ID : 0    i :6 process ID : 8774, parent ID :7694 child ID : 8780

看到了，情况和sa_flags = 0同时重启系统调用是一样的。