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分类: LINUX

2012-02-04 14:21:12

     读研究生的时候,读了UNIX系统编程,这本书中有大量的重启系统调用,例如下面的例子:选自P50,
  1. pid_t r_wait(int *stat_loc)
  2. {
  3.     int retval;
  4.     while(((retval = wait(stat_loc)) ==-1 && (errno == EINTR));
  5.     return retval;
  6. }
     还有对read,write的重启操作。读研究生的时候,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。
  1. #include<stdio.h>
  2. #include<stdlib.h>
  3. #include<unistd.h>
  4. #include<sys/wait.h>
  5. #include<errno.h>
  6. #include<string.h>

  7. pid_t r_wait(int *stat_loc)
  8. {
  9.     int ret;
  10.         while(((ret = wait(stat_loc)) == -1) )
  11.         {
  12.                 /*if(errno == EINTR)
  13.                 {
  14.                      fprintf(stderr,"may be interrupted by a signal,let wait again \n");
  15.                 }
  16.                 else*/
  17.                 {
  18.                         break;
  19.                 }
  20.         }

  21.         return ret;
  22. }

  23. void sig_alrm_func()
  24. {
  25.     printf("catch an alarm signal\n");
  26.     return;
  27. }

  28. int main(int argc,char** argv)
  29. {
  30.     pid_t childpid;
  31.         int i,n;
  32.         struct sigaction act;

  33.         if(argc != 2)
  34.         {
  35.          fprintf(stderr,"usage : test n \n",argv[0]);
  36.              return -1;
  37.         }

  38.         n = atoi(argv[1]);
  39.         
  40.         act.sa_handler = sig_alrm_func;
  41.         sigemptyset(&act.sa_mask);
  42.         act.sa_flags |= 0;//SA_RESTART;
  43.         sigaction(SIGALRM,&act,NULL);
  44.         for(i = 0;i<n;i++)
  45.         {
  46.          if((childpid = fork()) <= 0)
  47.                                 break;
  48.         }

  49.        if(childpid == 0 )
  50.         {
  51.                sleep(50);
  52.         }
  53.         while(r_wait(NULL) >0) ;
  54.         fprintf(stderr," i :%d process ID : %ld,\t parent ID :%ld \tchild ID : %ld\n",
  55.                                         i,(long)getpid(),(long)getppid(),(long)childpid);

  56.         return 0;
  57. }
  1. 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。
  1. root      8679  7694  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6
  2. root      8680  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6
  3. root      8681  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6
  4. root      8682  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6
  5. root      8683  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6
  6. root      8684  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6
  7. root      8685  8679  0 15:04 pts/0    00:00:00 ./test 6

  8. root@libin:~# kill -SIGALRM 8679

  9. 发送信号SIGALRM后 执行端口显示
  10. catch an alarm signal
  11.  i :6  process ID : 8679, parent ID :7694 child ID : 8685

  12. 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。


  13. root@libin:~/program/C/UNP/research#  i :0  process ID : 8680, parent ID :1 child ID : 0
  14.  i :1  process ID : 8681, parent ID :1 child ID : 0
  15.  i :2  process ID : 8682, parent ID :1 child ID : 0
  16.  i :3  process ID : 8683, parent ID :1 child ID : 0
  17.  i :4  process ID : 8684, parent ID :1 child ID : 0
  18.  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:

  1. 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 6
root      8734  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6
root      8735  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6
root      8736  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6
root      8737  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6
root      8738  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6
root      8739  8733  0 15:21 pts/0    00:00:00 ./test 6

root@libin:~# kill -SIGALRM 8733

在执行端口,我们看到,程序运行50s后,有如下打印:
  1. catch an alarm signal
  2. may be interrupted by a signal,let wait again
  3.  i :1 process ID : 8735,     parent ID :8733     child ID : 0
  4.  i :0 process ID : 8734,     parent ID :8733     child ID : 0
  5.  i :2 process ID : 8736,     parent ID :8733     child ID : 0
  6.  i :3 process ID : 8737,     parent ID :8733     child ID : 0
  7.  i :4 process ID : 8738,     parent ID :8733     child ID : 0
  8.  i :5 process ID : 8739,     parent ID :8733     child ID : 0
  9.  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.

  1. root@libin:~/program/C/UNP/research# ./test 6
  2. catch an alarm signal
  3. i :0 process ID : 8775, parent ID :8774 child ID : 0
  4. i :1 process ID : 8776, parent ID :8774 child ID : 0
  5. i :2 process ID : 8777, parent ID :8774 child ID : 0
  6. i :3 process ID : 8778, parent ID :8774 child ID : 0
  7. i :4 process ID : 8779, parent ID :8774 child ID : 0
  8. i :5 process ID : 8780, parent ID :8774 child ID : 0
  9. 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。


参考文献:
1 UNP volume1
2 深入理解linux架构
3 UNIX系统编程

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