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linux 下實現sleep詳解及簡單實例

sleep:

普通版本

1、基本設計思路：

1>注冊SIGALRM信號的處理函數；
2>調用alarm(nsecs)設定鬧鐘；

3>調⽤pause等待,內核切換到別的進程運行；

4>nsecs秒之后,鬧鐘超時,內核發SIGALRM給這個進程 ;

5>從內核態返回這個進程的⽤戶態之前處理未決信號,發現有SIGALRM信號,其處理函數是sig_alrm;

6> 切換到用戶態執行sig_alrm函數,進⼊sig_alrm函數時SIGALRM信號被⾃動屏蔽,從sig_alrm函數返回SIGALRM信號⾃動解除屏蔽。然后⾃動執⾏系統調用sigreturn再次進入內核,再返回用戶態繼續執行進程的主控制流程(main函數調⽤的mysleep函數)；

7>pause函數返回-1,然后調⽤alarm(0)取消鬧鐘,調⽤sigaction恢復SIGALRM信號以前的處理動作。

2、實現代碼

#includestdio.h> 
#includesignal.h> 
 
void handler(int signo) 
{} 
 
int mysleep(int timeout) 
{ 
  struct sigaction act,oact; 
  act.sa_handler = handler; 
  act.sa_flags = 0; 
  sigemptyset(act.sa_mask); 
 
  sigaction(SIGALRM,act,oact); 
  alarm(timeout); 
  pause(); 
  int ret = alarm(0); 
  sigaction(SIGALRM,oact,NULL); 
  return ret; 
} 
 
int main() 
{ 
  while(1) 
  { 
    printf("using musleep!\n"); 
    mysleep(3); 
  } 
  return 0; 
}

相關函數分析：

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

pause函數使調⽤進程掛起直到有信號遞達。如果信號的處理動作是終⽌進程,則進程終⽌,pause函數沒有機會返回;如果信號的處理動作是忽略,則進程繼續處于掛起狀態,pause不返回;如果信號的處理動作是捕捉,則調⽤了信號處理函數之后pause返回-1,errno設置為EINTR, 所以pause只有出錯的返回值。

sigaction函數

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

sigaction函數可以讀取和修改與指定信號相關聯的處理動作。調⽤成功則返回0,出錯則返回- 1。 signo是指定信號的編號。若act指針⾮空,則根據act修改該信號的處理動作。若oact指針非空,則通過oact傳出該信號原來的處理動作。

int sigemptyset(sigset_t *set)；

函數sigemptyset初始化set所指向的信號集,使其中所有信號的對應bit清零,表⽰該信號集不包含任何有效信號。

二、優化版本

所需函數分析

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

sigsuspend沒有成功返回值,只有執⾏了⼀個信號處理函數之后sigsuspend才返回,返回值為-1,errno設置為EINTR。調⽤sigsuspend時,進程的信號屏蔽字由sigmask參數指定,可以通過指定sigmask來臨時解除對某個信號的屏蔽,然后掛起等待,當sigsuspend返回時,進程的信號屏蔽字恢復為原來的值,如果原來對該信號是屏蔽的,sigsuspend返回后仍然是屏蔽的。
sigsuspend函數與pause函數：都可以將程序掛起，但是sigsuspend函數可以實現對信號屏蔽字的解除與掛起。

sigprocmask

調⽤函數sigprocmask可以讀取或更改進程的信號屏蔽字(阻塞信號集)。

#include signal.h>  
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);

如果oset是⾮空指針,則讀取進程的當前信號屏蔽字通過oset參數傳出。如果set是⾮空指針,則更改進程的信號屏蔽字,參數how指⽰如何更改。如果oset和set都是⾮空指針,則先將原來的信號屏蔽字備份到oset⾥,然后根據set和how參數更改信號屏蔽字。

how的選項意義

如果調⽤sigprocmask解除了對當前若⼲個未決信號的阻塞,則在sigprocmask返回前,⾄少將其中⼀個信號遞達。

代碼實現：

#includestdio.h> 
#includesignal.h> 
 
void handler(int signo) 
{} 
 
int mysleep(int timout) 
{ 
  struct sigaction act,oact; 
  sigset_t newmask,oldmask,suspmask; 
  act.sa_handler = handler; 
  act.sa_flags = 0; 
  sigemptyset(act.sa_mask); 
 
  sigaction(SIGALRM,act,oact); 
  sigemptyset(newmask); 
  sigaddset(newmask,SIGALRM); 
  sigprocmask(SIG_BLOCK,newmask,oldmask); 
 
  alarm(timout); 
 
  suspmask = oldmask; 
  sigdelset(suspmask,SIGALRM); 
  sigsuspend(suspmask); 
   
  int unslept = alarm(0); 
  sigaction(SIGALRM,oact,NULL); 
  sigprocmask(SIG_SETMASK,oldmask,NULL); 
  return(unslept); 
} 
int main() 
{ 
  while(1) 
  { 
    printf("using musleep!\n"); 
    mysleep(3); 
  } 
  return 0; 
}

優化版本解決了普通版本存在的競態問題。我們重新審視一下普通版本的時序問題。

1、設置SIGALRM信號的處理函數；

2、調用alarm()函數設置鬧鐘；

3、內核選取更高優先級的進程來取代當前進程，并且這樣的進程很多，同時執行時間又很長；

4、鬧鐘超時了，內核發送SIGALRM信號給該進程，并且處于未決狀態；

5、優先級更高的進程結束后，內核要調度回這個進程執⾏。 SIGALRM信號遞達,執⾏處理函數sig_alrm之后再次進⼊內核。

6、返回這個進程的主控制流程,alarm(nsecs)返回,調⽤pause()掛起等待。

7、可是現在SIGALRM信號已經被處理，進程會導致錯誤。

在一個進程運行過程中，因為由于異步，所以可能被其他優先級更高的進程，由于時序問題而引發的錯誤問題。這樣的問題稱為競態問題。

優化版本中，先將設置SIGALRM信號的處理函數，然后將SIGALRM信號進行屏蔽，然后調用alarm()函數設置鬧鐘，然后調用sigprocmask()函數對SIGALRM信號解除屏蔽然后掛起等待，這樣就解決了競態問題。

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