信号中断 与 慢系统调用

1. 术语

1.1. 慢系统调用（Slow system call）

该术语适用于那些可能永远阻塞的系统调用。永远阻塞的系统调用是指调用永远无法返回，多数网络支持函数都属于这一类。如：若没有客户连接到服务器上，那么服务器的accept调用就会一直阻塞。

慢系统调用可以被永久阻塞，包括以下几个类别：

（1）读写‘慢’设备（包括pipe，终端设备，网络连接等）。读时，数据不存在，需要等待；写时，缓冲区满或其他原因，需要等待。读写磁盘文件一般不会阻塞。

（2）当打开某些特殊文件时，需要等待某些条件，才能打开。例如：打开中断设备时，需要等到连接设备的modem响应才能完成。

（3）pause和wait函数。pause函数使调用进程睡眠，直到捕获到一个信号。wait等待子进程终止。

（4）某些ioctl操作。

（5）某些IPC操作。

2. EINTR介绍

2.1. EINTR错误产生的原因

早期的Unix系统，如果进程在一个慢系统调用(slow system call)中阻塞时，当捕获到某个信号且相应信号处理函数返回时，这个系统调用被中断，调用返回错误，设置errno为EINTR（相应的错误描述为“Interrupted system call”）。

怎么看哪些系统条用会产生EINTR错误呢？用man啊！

如下表所示的系统调用就会产生EINTR错误，当然不同的函数意义也不同。

 

系统调用函数	errno为EINTR表征的意义
write	由于信号中断，没写成功任何数据。 The call was interrupted by a signal before any data was written.
open	由于信号中断，没读到任何数据。 The call was interrupted by a signal before any data was read.
recv	由于信号中断返回，没有任何数据可用。 The receive was interrupted by delivery of a signal before any data were available.
sem_wait	函数调用被信号处理函数中断。 The call was interrupted by a signal handler.

 

2.2. 如何处理被中断的系统调用

既然系统调用会被中断，那么别忘了要处理被中断的系统调用。有三种处理方式：

◆ 人为重启被中断的系统调用

◆ 安装信号时设置 SA_RESTART属性（该方法对有的系统调用无效）

◆  忽略信号（让系统不产生信号中断）

2.2.1. 人为重启被中断的系统调用

人为当碰到EINTR错误的时候，有一些可以重启的系统调用要进行重启，而对于有一些系统调用是不能够重启的。例如：accept、read、write、select、和open之类的函数来说，是可以进行重启的。不过对于套接字编程中的connect函数我们是不能重启的，若connect函数返回一个EINTR错误的时候，我们不能再次调用它，否则将立即返回一个错误。针对connect不能重启的处理方法是，必须调用select来等待连接完成。

这里的“重启”怎么理解？

一些IO系统调用执行时，如 read 等待输入期间，如果收到一个信号，系统将中断read， 转而执行信号处理函数. 当信号处理返回后， 系统遇到了一个问题： 是重新开始这个系统调用， 还是让系统调用失败？早期UNIX系统的做法是， 中断系统调用，并让系统调用失败， 比如read返回 -1， 同时设置 errno 为EINTR中断了的系统调用是没有完成的调用，它的失败是临时性的，如果再次调用则可能成功，这并不是真正的失败，所以要对这种情况进行处理， 典型的方式为：

again:
          if ((n = read(fd， buf， BUFFSIZE)) < 0) {
             if (errno == EINTR)
                  goto again;     /* just an interrupted system call */
            /* handle other errors */
          }

可以去github上看看别人怎么处理EINTR错误的。在github上搜索“==EINTR”关键字就有一大堆了。摘取几个看看：

……

while ((r = read (fd， buf， len)) < 0 && errno == EINTR) /*do
nothing*/ ;

……

ssize_t Read(int fd， void *ptr， size_t nbytes)
{

        ssize_t n;

again:
        if((n = read(fd， ptr， nbytes)) == -1){
                if(errno == EINTR)
                        goto again;
                else
                        return -1;
        }
        return n;
}

2.2.2. 安装信号时设置 SA_RESTART属性

 我们还可以从信号的角度来解决这个问题，  安装信号的时候， 设置 SA_RESTART属性，那么当信号处理函数返回后， 不会让系统调用返回失败，而是让被该信号中断的系统调用将自动恢复。

struct sigaction action;

action.sa_handler = handler_func;
sigemptyset(&action.sa_mask);
action.sa_flags = 0;
/* 设置SA_RESTART属性 */
action.sa_flags |= SA_RESTART;

sigaction(SIGALRM, &action, NULL);

但注意，并不是所有的系统调用都可以自动恢复。如msgsnd喝msgrcv就是典型的例子，msgsnd/msgrcv以block方式发送/接收消息时，会因为进程收到了信号而中断。此时msgsnd/msgrcv将返回-1，errno被设置为EINTR。且即使在插入信号时设置了SA_RESTART，也无效。在man msgrcv中就有提到这点：

msgsnd and msgrcv are never automatically restarted after being interrupted by a signal handler, regardless of the setting  of the SA_RESTART flag when establishing a signal  handler.

 

2.2.3. 忽略信号

当然最简单的方法是忽略信号，在安装信号时，明确告诉系统不会产生该信号的中断。

struct sigaction action;

action.sa_handler = SIG_IGN;
sigemptyset(&action.sa_mask);

sigaction(SIGALRM, &action, NULL);

3. 测试代码

为了方便大家测试，这里附上两段测试代码。

3.1. 测试代码一

闹钟信号SIGALRM中断read系统调用。安装SIGALRM信号时如果不设置SA_RESTART属性，信号会中断read系统过调用。如果设置了SA_RESTART属性，read就能够自己恢复系统调用，不会产生EINTR错误。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <error.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

void sig_handler(int signum)
{
    printf("in handler\n");
    sleep(1);
    printf("handler return\n");
}

int main(int argc, char **argv)
{
    char buf[100];
    int ret;
    struct sigaction action, old_action;

    action.sa_handler = sig_handler;
    sigemptyset(&action.sa_mask);
    action.sa_flags = 0;
    /* 版本1:不设置SA_RESTART属性
     * 版本2:设置SA_RESTART属性 */
    //action.sa_flags |= SA_RESTART;

    sigaction(SIGALRM, NULL, &old_action);
    if (old_action.sa_handler != SIG_IGN) {
        sigaction(SIGALRM, &action, NULL);
    }
    alarm(3);

    bzero(buf, 100);

    ret = read(0, buf, 100);
    if (ret == -1) {
        perror("read");
    }

    printf("read %d bytes:\n", ret);
    printf("%s\n", buf);

    return 0;
}

3.2. 测试代码二

闹钟信号SIGALRM中断msgrcv系统调用。即使在插入信号时设置了SA_RESTART，也无效。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

void ding(int sig)
{
    printf("Ding!\n");
}

struct msgst
{
    long int msg_type;
    char buf[1];
};

int main()
{
    int nMsgID = -1;

    // 捕捉闹钟信息号
    struct sigaction action;
    action.sa_handler = ding;
    sigemptyset(&action.sa_mask);
    action.sa_flags = 0;
    // 版本1:不设置SA_RESTART属性
    // 版本2:设置SA_RESTART属性
    action.sa_flags |= SA_RESTART;
    sigaction(SIGALRM, &action, NULL);

    alarm(3);
    printf("waiting for alarm to go off\n");

    // 新建消息队列
    nMsgID = msgget(IPC_PRIVATE, 0666 | IPC_CREAT);
    if( nMsgID < 0 )
    {
        perror("msgget fail" );
        return;
    }
    printf("msgget success.\n");

    // 阻塞 等待消息队列
    //
    // msgrcv会因为进程收到了信号而中断。返回-1，errno被设置为EINTR。
    // 即使在插入信号时设置了SA_RESTART，也无效。man msgrcv就有说明。
    //
    struct msgst msg_st;
    if( -1 == msgrcv( nMsgID, (void*)&msg_st, 1, 0, 0 ) )
    {
        perror("msgrcv fail");
    }

    printf("done\n");

    exit(0);
}

4. 总结

慢系统调用(slow system call)会被信号中断，系统调用函数返回失败，并且errno被置为EINTR（错误描述为“Interrupted system call”）。

处理方法有以下三种：①人为重启被中断的系统调用；②安装信号时设置 SA_RESTART属性；③忽略信号（让系统不产生信号中断）。

有时我们需要捕获信号，但又考虑到第②种方法的局限性（设置 SA_RESTART属性对有的系统无效，如msgrcv），所以在编写代码时，一定要“人为重启被中断的系统调用”。

http://blog.csdn.net/benkaoya/article/details/17262053