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  • 慢系统调用 与 信号

    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。

    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”)。

      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:

     1 while (1) {
     2 
     3     n = read(fd, buf, BUFSIZ);
     4 
     5     if (n == -1 && errno != EINTR) {
     6 
     7         printf("read error
    ");
     8 
     9         break;
    10 
    11     }
    12 
    13     if (n == 0) {
    14 
    15         printf("read done
    ");
    16 
    17         break;
    18 
    19     }
    20 
    21 }

    这样做逻辑比较繁琐, 事实上, 我们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, 被该信号中断的系统调用将自动恢复.

    示例程序:

     1 #include <signal.h>
     2 #include <stdio.h>
     3 #include <stdlib.h>
     4 #include <error.h>
     5 #include <string.h>
     6 #include <unistd.h>
     7 
     8 void sig_handler(int signum)
     9 {
    10     printf("in handler
    ");
    11     sleep(1);
    12     printf("handler return
    ");
    13 }
    14 
    15 int main(int argc, char **argv)
    16 {
    17     char buf[100];
    18     int ret;
    19     struct sigaction action, old_action;
    20 
    21     action.sa_handler = sig_handler;
    22     sigemptyset(&action.sa_mask);
    23     action.sa_flags = 0;
    24     /* 版本1:不设置SA_RESTART属性
    25      * 版本2:设置SA_RESTART属性 */
    26     //action.sa_flags |= SA_RESTART;
    27 
    28     sigaction(SIGINT, NULL, &old_action);
    29     if (old_action.sa_handler != SIG_IGN) {
    30         sigaction(SIGINT, &action, NULL);
    31     }
    32 
    33     bzero(buf, 100);
    34 
    35     ret = read(0, buf, 100);
    36     if (ret == -1) {
    37         perror("read");
    38     }
    39 
    40     printf("read %d bytes:
    ", ret);
    41     printf("%s
    ", buf);
    42 
    43     return 0;
    44 }

    当sa_flags不设置:SA_RESTART时:

    结果:

    QQ截图20130715193553

    设置后:

    当被中断后,重新执行

    QQ截图20130715193845

    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)

     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:

    1 again:
    2           if ((n = read(fd, buf, BUFFSIZE)) < 0) {
    3              if (errno == EINTR)
    4                   goto again;     /* just an interrupted system call */
    5             /* handle other errors */
    6           }

    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。

    1 struct sigaction action;
    2  
    3 action.sa_handler = handler_func;
    4 sigemptyset(&action.sa_mask);
    5 action.sa_flags = 0;
    6 /* 设置SA_RESTART属性 */
    7 action.sa_flags |= SA_RESTART;
    8  
    9 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.

    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。

    1 struct sigaction action;
    2  
    3 action.sa_handler = SIG_IGN;
    4 sigemptyset(&action.sa_mask);
    5  
    6 sigaction(SIGALRM, &action, NULL);

    另外,在我的 https://github.com/juniperdiego/Unix-network-programming-of-mine/tree/master/tcpserv02 中,

    accept是一个慢调用函数

    程序在ubuntu 14.04下运行,使用signal(SIGCHLD, sig_chld)情况下,抓不到 EINTR;

    使用sigaction(SIGCHLD, &action, NULL);设置了 sa_flag = 0后,才能捕捉到EINTR。

    如果设置action.sa_flags |= SA_RESTART;无法抓到EINTR,accept调用会自动重启。

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