第十章＊信号（十）－－alarm和pause函数

alarm函数允许我们设置一个计时器，它将在一个指定的时间到期。当这个计时器到期时，SIGALRM信号被产生。如果我们忽略或不捕获这个信号，它的默认行为是终止这个进程。

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

返回0或上次设置的警报到现在的时间。

seconds值是将来这个信号应该产生时的时钟秒数。小心当时间发生时，信号被内核产生，但是在进程得到处理信号的控制前可以有额外的时间，因为处理器的调度延迟。

早期UNIX系统实现警告信号也可能早最多1秒被发送。POSIX.1不允许这个。

每个进程只有一个这样的警报。如果当我们调用alarm时一个之前为进程注册的闹钟还没有过期，那个闹钟还剩的秒数被返回。前一个注册的闹钟被新的值替代。

如 果前一个注册的闹钟没有过期而seconds的值为0，那么前一个闹钟被取消。然后如果进程想要终止，它可以在终止前执行任何所需的清理。如果我们要捕获 SIGALRM，那要小心在调用alarm之前安装它的信号处理器。如果在安装信号处理器前，我们先调用alarm并被发送一个SIGALRM，我们的进 程会终止。

pause函数暂停调用进程，直到一个信号被捕获。

#include <unistd.h>

int pause(void);

返回-1，errno设置为EINTR。

pause返回的唯一时机是一个信号处理器被执行并返回。在这种情况下，pause返回-1，errno设置为EINTR。

通过使用alarm和pause，我们可以把进程催眠一个指定的时间。下面的sleep1函数做了这件事（但是它有问题，稍后我们会看到）：

#include <signal.h>
#include <unistd.h>

static void
sig_alrm(int signo)
{
    /* nothing to do, just return to wake up the pause */
}

unsigned int
sleep1(unsigned int nsecs)
{
    if (signal(SIGALRM, sig_alrm) == SIG_ERR)
        return(nsecs);
    alarm(nsecs);   /* start the timer */
    pause();        /* next caught signal wakes us up */
    return(alarm(0));   /* turn off timer, return unslept time */
}

这个函数看起来像sleep函数（10.19节），但是这个简单的实现有三个问题：

1、如果调用者已经设置了一个闹钟，那个闹钟被第 一个alarm调用清除。我们可以通过查看第一个alarm的返回值来修正它。如果之前设置的闹钟剩余的秒数比这个参数小，那么我们只等到之前的闹钟到 期。如果前面设置的闹钟在我们之后，在返回前我们要重调这个闹钟以使它在将来所定的时间发生。

2、我们已经为SIGALRM修改了布署。如果我们正在为其它人写一个调用的函数，那么我们应该在被调用时保存这个布署，在完成时恢复它。我们可以通过保存signal的返回值并在return之前重置它来修正。

3、在第一次alarm调用和pause调用之间有竞争条件。在一个繁忙的系统，有可能在我们调用pause之前闹钟已经到期而信号处理器被调用。如果它发生了，调用者会永远被puase调用挂起（假定没有其它信号被捕获。）

sleep的早期实现看起来像我们的程序，但是修正了描述的第一个和第二个问题。有两种方法可以修正问题3。第一个使用setjmp，我们在下面的例子里展示。另一个是使用sigprocmask和sigsuspend，在10.19节讨论。

下面的代码使用setjmp和longjmp（10.7节）实现sleep，避免前一个例子描述的问题3。一个称为sleep2的另一个简单版本。（为了减少代码，我们不处理问题1和问题2。）：

#include <setjmp.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

static jmp_buf env_alrm;

static void
sig_alrm(int signo)
{
    longjmp(env_alrm, 1);
}

unsigned int
sleep2(unsigned int nsecs)
{
    if (signal(SIGALRM, sig_alrm) == SIG_ERR)
        return(nsecs);
    if (setjmp(env_alrm) == 0) {
        alarm(nsecs);   /* start the timer */
        pause();        /* next caught signal wakes us up */
    }
    return(alarm(0));   /* turn off timer, return unslept time */
}

sleep2函数避免了前面的竞争条件。即使pause没有执行，sleep2函数当SIGALRM发生时也会返回。

然而，涉及其它信号交互的sleep2有另一个诡异的问题。如果SIGALRM中断了其它一些信号处理器，当我们调用longjmp时，我们会中止其它的信号处理器。下面的代码展示了这个场景：

static void sig_int(int);

int
main(void)
{
    unsigned int unslept;

    if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR) {
        printf("signal(SIGINT) error\n");
        exit(1);
    }
    unslept = sleep2(5);
    printf("sleep2 returned: %u\n", unslept);
    exit(0);
}

static void
sig_int(int signo)
{
    int i, j;
    volatile int k;

    /*
     * Tune these loops to run for more than 5 secondes
     * on whatever system this test program is run.
     */
    printf("\nsig_int starting\n");
    for (i = 0; i < 300000; i++)
        for (j = 0; j < 4000; j++)
            k += i * j;
    printf("sig_int finished\n");
}

SIGINT处理器里的循环在作者使用的系统上会超过5秒。我们简单地想它比sleep2的参数执行的长些。整型k被声明为volatile来避免一个优化编译器舍弃这个循环。运行结果如下：
$ ./a.out
^C （中断字符）
sig_int starting
sleep2 returned: 0


我们可以看到sleep2函数里的longjmp中止了其它信号处理器，sig_int，尽管它还没有完成。如果你把SVR2的sleep函数和其它信号处理器混在一起时，这将是你碰到的。

sleep1和sleep2这两个例子的目的，是展示天真地处理信号时的问题。后面几节将展示解决所有这些问题的方法，所以我们可以可靠地处理信号，而不影响其它代码。

alarm 函数的一个普遍用法，除了实现sleep，还有为一个可以阻塞的操作加上时间上限。例如，如果我们在一个可以阻塞的设备上有一个读操作（一个“慢”设 备，10.5节），我们可能想这个读操作在一段时间后到时。下面的代码做了这件事，从标准输入里读取一行并写到标准输出上：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

#define MAXLINE 4096
static void sig_alrm(int);

int
main(void)
{
    int n;
    char line[MAXLINE];

    if (signal(SIGALRM, sig_alrm) == SIG_ERR) {
        printf("signal(SIGALRM) error\n");
        exit(1);
    }

    alarm(10);
    if ((n = read(STDIN_FILENO, line, MAXLINE)) < 0) {
        printf("read error\n");
        exit(1);
    }
    alarm(0);

    write(STDOUT_FILENO, line, n);
    exit(0);
}

static void
sig_alrm(int signo)
{
    /* nothing to do, just return to interrupt the read */
}

这段代码在UNIX应用上很普遍，但这个程序有两个问题。

1、程序有和sleep1一样的瑕疵：第一次调用alarm和 read的调用之间有竞争条件。如果内核在这两个函数之间阻塞了比闹钟期限更长的时间，read可能会永远阻塞。多数这种类型的操作使用一个长的闹钟期， 比如一分钟或更多，使它不太可能发生。尽管如此，它是一个竞争条件。

2、如果系统调用自动重启，当SIGALRM信号处理器返回时read不被中断。这种情况下，计时不做任何事。

这里，我们明确地想要一个系统调用被中断。POSIX.1没有给我们一个可移植的方法来做这件事，但是SUS的XSI扩展可以。我们将在10.4节讨论更多。

让我们重新用longjmp实现前一个例子，这种方法，我们不用担心一个慢的系统调用是否被中断：

#include <setjmp.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

#define MAXLINE 4096

static void sig_alrm(int);
static jmp_buf env_alrm;

int
main(void)
{
    int n;
    char line[MAXLINE];

    if (signal(SIGALRM, sig_alrm) == SIG_ERR) {
        printf("signal(SIGALRM) error\n");
        exit(1);
    }
    if (setjmp(env_alrm) != 0) {
        printf("read timeout\n");
        exit(1);
    }

    alarm(10);
    if ((n = read(STDIN_FILENO, line, MAXLINE)) < 0) {
        printf("read error\n");
        exit(1);
    }
    alarm(0);

    write(STDOUT_FILENO, line, n);
    exit(0);
}

static void
sig_alrm(int signo)
{
    longjmp(env_alrm, 1);
}

这个版本如期望的一样，不管系统是否重启了中断的系统调用。但是，注意我们仍然有和其它信号处理器交互的问题，和早先的代码一样。