第8章 信号（4）_中断的系统调用和函数可重入性

3.2 中断的系统调用

（1）进程调用“慢”系统调用时，如果发生了信号，内核会重启系统调用（即“慢”系统调用被信号中断后，当信号处理完毕后，该系统调用会被重新从头开始执行，而不是从中断的地方继续执行！注意，这是重启的方式。除此之处，还有设置SA_RESTART和忽略信号等方式）

（2）慢系统调用

　　①可能会永远阻塞的系统调用

　　②从终端设备、管道或网络设备上的文件读取。

　　③向上述文件写入

　　④某些设备上的文件打开

　　⑤pause和wait系统调用

　　⑥一些设备的ioctl操作

　　⑦一些进程间的通信函数

（3）如何处理被中断的系统调用

　　①重启被中断的系统调用：如accept、read、write、select、wait、waitpid和open等。（是重启系统调用还是让系统调用失败？在早期的Unix是让系统调用失败，并返回-1，同时设置errno，如pause被中断唤醒而不是重启）

　　②安装信号时设置SA_RESTART属性（使用sigaction安装信号，该方法对有的系统调用无效）

　　③忽略信号，让系统不产生信号中断。

【编程实验】中断系统调用

//signal_syscall.c

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

void sig_handler(int signo)
{
    //ctrl-z信号
    if(signo == SIGTSTP){
        printf("SIGTSTP occured
");
    }
}

int main(void)
{
    char buffer[512];
    ssize_t size;

    //注册信号处理函数
    if(signal(SIGTSTP, sig_handler) == SIG_ERR){
        perror("signal sigtstp error");
    }

    printf("begin running and waiting for signal
");
    
    //由于read会阻塞等待输入，如果此时先输入一些内容，然后按ctrl-z
    //这里由于read被信号中断，会重启read函数，表现出来的是重新生成
    //提示符等待用户输入，之前的输入全部清空。
    size = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer)); //慢系统调用
    if(size < 0){
        perror("read error");
    }
    printf("reading finished
");

    if(write(STDOUT_FILENO, buffer, size) != size){ //慢系统调用
        perror("write error");
    }

    printf("end running
");

    return 0;
}
/*输出结果：
 [root@localhost]# bin/signal_syscall
 begin running and waiting for signal
 abcd                  //输完内容后，按回车正常结束一行的输入
 reading finished
 abcd
 end running
 [root@localhost]# bin/signal_syscall
 begin running and waiting for signal
 abcaksdfj ^ZSIGTSTP occured //输入一些内容后，按ctrl-z产生信号，中断read
 mnk                     //这里会重启read，原内容被清空，重新生成提示符
 reading finished
 mnk
 end running
 */

【编程实验】中断用户自定义的函数

//signal_usercall.c

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

void sig_handler(int signo)
{
    if(signo == SIGTSTP){
        printf("SIGTSTP occured
");
    }
}

//当用户函数被信号中断后，信号处理完之后，会从中断的地方
//继续执行，而不会重启整个函数。这是与慢系统调用不同的。
void call_fun(void)
{
    printf("begin running call_fun
");

    sleep(5); //演示在这期间产生信号中断现象
    
    printf("end running call_fun
");
}

int main(void)
{
    if(signal(SIGTSTP, sig_handler) == SIG_ERR){
        perror("signal sigtstp error");
    }

    printf("begin running main
");
    call_fun();
    printf("end running main
");
    return 0;
}
/*
 [root@localhost]# bin/signal_usercall
 begin running main    //正常流程
 begin running call_fun
 end running call_fun
 end running main
 [root@localhost]# bin/signal_usercall
 begin running main     //在call_fun执行过程中按ctrl-z中断
 begin running call_fun
 ^ZSIGTSTP occured      //发生信号，当信号处理完毕后，从中
 end running call_fun   //断的地方开始继续执行，而不是重启整个函数
 end running main
 */

3.3 函数的可重入性

（1）在调用某个函数过程中出现信号，且该信号处理函数中再次调用该函数，就可能产生可重放入性问题。

（2）访问全局或静态变量的函数是不可重入函数

（3）程序片断

//可重入函数
int double(int a){
    return a * 2;
}

//不可重入函数
void foo(){
    static int array[28]={0};
    static int index = 0;
    
    if(index > 19) return;
    array[index] = 9;
    index++;
}

【编程实验】函数的可重入性

//signal_reentry.c

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

int  g_v[10]; //全局数组
int* h_v;     //堆数组

void set(int val)
{
    int a_v[10]; //局部数组

    int i = 0;
    for(; i<10; i++){
        a_v[i] = val;
        g_v[i] = val;
        h_v[i] = val;

        sleep(1);
    }

    printf("g_v:");
    for(i=0; i<10; i++){
        if(i != 0)
            printf(",%d", g_v[i]);
        else
            printf("%d", g_v[i]);
    }
    printf("
");
    
    printf("h_v:");
    for(i=0; i<10; i++){
        if(i != 0)
            printf(",%d", h_v[i]);
        else
            printf("%d", h_v[i]);
    }
    printf("
");

    printf("a_v:");
    for(i=0; i<10; i++){
        if(i != 0)
            printf(",%d", a_v[i]);
        else
            printf("%d", a_v[i]);
    }
    printf("
");
}

//信号处理函数
void sig_handler(int signo)
{
    if(signo == SIGTSTP){
        printf("SIGTSTP occured
");
        set(20); //信号处理函数内部再次调用set，以验证函数的
                 //可重入性。注意，传入20
        printf("end SIGTSTP
");
    }
}

int main(void)
{
    if(signal(SIGTSTP, sig_handler) == SIG_ERR){
        perror("signal sigtstp error");
    }

    h_v = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    
    printf("begin running main
");
    set(10);  //传入10
    printf("end running main
");

    free(h_v);
}
/*
 [root@localhost]# bin/signal_reentry                             
 begin running main  //正常执行，不会触发信号中断
 g_v:10,10,10,10,10,10,10,10,10,10
 h_v:10,10,10,10,10,10,10,10,10,10
 a_v:10,10,10,10,10,10,10,10,10,10
 end running main
 [root@localhost]# bin/signal_reentry                             
 begin running main   //运行2-3秒后，按ctrl-z触发信号中断
 ^ZSIGTSTP occured    //在信号处理函数中调用set赋值
 g_v:20,20,20,20,20,20,20,20,20,20
 h_v:20,20,20,20,20,20,20,20,20,20
 a_v:20,20,20,20,20,20,20,20,20,20
 end SIGTSTP   //信号处理完，由原中断处继续执行，这里从第4个元素继续赋值（10）
 g_v:20,20,20,10,10,10,10,10,10,10
 h_v:20,20,20,10,10,10,10,10,10,10
 a_v:10,10,10,10,10,10,10,10,10,10
 end running main
 */

3.4 信号的特点

（1）信号的发生是随机的，但信号在何种条件下发生是可预测的（如按ctrl-z将发送SIGTSTP信号）。

（2）进程刚开始启动时所有信号的处理方式要么默认，要么忽略，忽略的是SIGUSR1和SIGUSR2两个信号，其它都采取默认的方式（大多数是终止进程）

（3）进程在调用exec函数后，原有信号的捕捉函数失效。

（4）子进程的诞生总是继承父进程的信号处理方式。

（5）在系统层面上，信号的发生是可靠的，在linux中的可靠性只保证一次，进程在处理信号期间若发生同类型的信号不会丢失（内核会保留），但会被延迟处理，但同类型信号的多次发生只会保留一次（即被处理一次）。若不同类型的信号发生也会被内核保留直接被处理，处理完后再处理原有信号。

（6）用户层面可靠性，依赖于信号而执行的用户代码放置在信号处理程序内部执行，否则不一定可靠。

（7）在信号发生时，慢系统调用可以被中断并在信号处理后系统调用会被重启。

（8）在信号发生时，用户函数可以被中断但不能被重启，沿着中断点继续执行（在用户函数中要保证数据一致性，即可重入性不要去访问全局变量和静态变量，堆中的变量若在用户函数内部分配没有关系，否则会出现不可重入性）