時(shí)序競態(tài)
什么是時(shí)序競態(tài)？將同一個程序執(zhí)行兩次，正常情況下，前后兩次執(zhí)行得到的結(jié)果應(yīng)該是一樣的。但由于系統(tǒng)資源競爭的原因，前后兩次執(zhí)行的結(jié)果有可能得到不一樣的結(jié)果，這個現(xiàn)象就是時(shí)序競態(tài)。
pause函數(shù)
函數(shù)原型：
int pause(void);
函數(shù)作用：
進(jìn)程調(diào)用pause函數(shù)時(shí)，會造成進(jìn)程主動掛起（處于阻塞狀態(tài)，并主動放棄CPU），并且等待信號將其喚醒。
返回值：
我們知道，信號的處理方式有三種：1. 默認(rèn)動作；2. 忽略處理；3. 捕捉。進(jìn)程收到一個信號后，會先處理響應(yīng)信號，再喚醒pause函數(shù)。于是有下面幾種情況：
① 如果信號的默認(rèn)處理動作是終止進(jìn)程，則進(jìn)程將被終止，也就是說一收到信號進(jìn)程就終止了，pause函數(shù)根本就沒有機(jī)會返回；
② 如果信號的默認(rèn)處理動作是忽略，則進(jìn)程將直接忽略該信號，相當(dāng)于沒收到這個信號，進(jìn)程繼續(xù)處于掛起狀態(tài)，pause函數(shù)不返回；
③ 如果信號的處理動作是捕捉，則進(jìn)程調(diào)用完信號處理函數(shù)之后，pause返回-1，errno設(shè)置為EINTR，表示“被信號中斷”。
④ pause收到的信號不能被屏蔽，如果被屏蔽，那么pause就不能被喚醒。
因?yàn)閍larm函數(shù)可以在設(shè)定的時(shí)間之后發(fā)送SIGALRM信號，pause函數(shù)又可以將進(jìn)程掛起等待信號，則二者結(jié)合可以自己寫一個sleep函數(shù)，如下：
1#include <unistd.h>
2#include <signal.h>
3#include <stdio.h>
4
5void sig_alrm(int signo)
6{
7 /* nothing to do */
8}
9
10unsigned int mysleep(unsigned int nsecs)
11{
12 unsigned int unslept;
13
14 signal(SIGALRM, &sig_alrm);
15 unslept = alarm(nsecs);
16 pause();
17
18 return unslept;
19}
20
21
22int main(void)
23{
24 while(1){
25 mysleep(2);
26 printf("Two seconds passed\n");
27 }
28
29 return 0;
30}
時(shí)序競態(tài)前導(dǎo)例
在講時(shí)序競態(tài)具體現(xiàn)象之前，我們先來看一個生活中常見的場景：
想午睡10分鐘，于是定了個10分鐘的鬧鐘，希望10分鐘后鬧鐘將自己叫醒。
正常情況：定好鬧鐘，午睡，10分鐘后鬧鐘叫醒自己；
異常情況：定好鬧鐘，躺下睡覺2分鐘，被同學(xué)叫醒去打球，打了20分鐘后回來繼續(xù)睡覺。但在打球期間，鬧鐘早就響過了，將不會再喚醒自己。
這個例子與之后要講的時(shí)序競態(tài)有很大的相似之處。
時(shí)序競態(tài)問題分析
我們再回過頭來看上面所寫的mysleep程序。這個函數(shù)有可能是下面的時(shí)序：
-
SIGALRM默認(rèn)動作是終止進(jìn)程，因此我們要將其捕捉，對SIGALRM注冊信號處理函數(shù)；
-
調(diào)用alarm(1)函數(shù)定時(shí)1秒鐘；
-
alarm(1)調(diào)用結(jié)束，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。就在這時(shí)，進(jìn)程失去CPU，進(jìn)入就緒態(tài)等待CPU（相當(dāng)于被同學(xué)叫醒去打球）。失去CPU的方式有可能是內(nèi)核調(diào)度了優(yōu)先級更高的進(jìn)程取代了當(dāng)前進(jìn)程，使得當(dāng)前進(jìn)程無法獲得CPU；
-
我們知道，alarm函數(shù)如果采用自然定時(shí)法的話，定時(shí)器將一直計(jì)時(shí)，與進(jìn)程狀態(tài)無關(guān)。于是，1秒后，鬧鐘定時(shí)時(shí)間到，內(nèi)核向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送SIGALRM信號。高優(yōu)先級進(jìn)程尚未執(zhí)行完畢，當(dāng)前進(jìn)程仍然無法獲得CPU，繼續(xù)處于就緒態(tài)，信號無法處理（處于未決狀態(tài)）；
-
優(yōu)先級高的進(jìn)程執(zhí)行完畢，當(dāng)前進(jìn)程獲得CPU資源，內(nèi)核調(diào)度回當(dāng)前進(jìn)程執(zhí)行。SIGALRM信號遞達(dá)，并被進(jìn)程處理；
-
信號處理完畢后，返回當(dāng)前主控流程，并調(diào)用pause()函數(shù)，掛起等待alarm函數(shù)發(fā)送的SIGALRM信號將自己喚醒；
-
但實(shí)際SIGALRM信號已經(jīng)處理完畢，pause()函數(shù)永遠(yuǎn)不會等到。
解決時(shí)序競態(tài)問題
通過以上時(shí)序分析，我們可以看出，造成時(shí)序競態(tài)的原因就是SIGALRM信號在進(jìn)程失去CPU的時(shí)候就已經(jīng)發(fā)送過來。為了防止這個現(xiàn)象出現(xiàn)，我們可以先將該信號阻塞，將其“抓住”，再在解除阻塞的時(shí)候立刻調(diào)用pause函數(shù)掛起等待。這樣即使在調(diào)用alarm就失去CPU，也可以在進(jìn)程重新獲得CPU時(shí)將抓到的SIGALRM信號重新“放出來”，并將之后的pause函數(shù)喚醒。
但在解除阻塞與pause等待掛起信號之間，還是有可能失去CPU，除非將這兩個步驟做成一個“原子操作”。Linux系統(tǒng)提供的sigsuspend函數(shù)就具備這個功能。所以，在時(shí)序要求比較嚴(yán)格的場合下都應(yīng)該使用sigsuspend函數(shù)，而非pause函數(shù)。
函數(shù)原型：
int sigsuspend(const sigset_t *mask);
函數(shù)作用：
掛起等待信號；
函數(shù)參數(shù)：
mask，傳入?yún)?shù)，sigsuspend函數(shù)調(diào)用期間，進(jìn)程信號屏蔽字由參數(shù)mask指定。
具體用法：可將某個信號（如SIGALRM）從臨時(shí)信號屏蔽字mask中刪除，也就是在調(diào)用sigsuspend函數(shù)時(shí)對該信號解除屏蔽，然后掛起等待信號。但我們此時(shí)已經(jīng)改變了進(jìn)程的信號屏蔽字，所以調(diào)用完sigsuspend函數(shù)之后，應(yīng)將進(jìn)程的信號屏蔽字恢復(fù)原樣。
1#include <unistd.h>
2#include <signal.h>
3#include <stdio.h>
4
5void sig_alrm(int signo)
6{
7 /* nothing to do */
8}
9
10unsigned int mysleep(unsigned int nsecs)
11{
12 struct sigaction newact, oldact;
13 sigset_t newmask, oldmask, suspmask;
14 unsigned int unslept;
15
16 //1.為SIGALRM設(shè)置捕捉函數(shù)，一個空函數(shù)
17 newact.sa_handler = sig_alrm;
18 sigemptyset(&newact.sa_mask);
19 newact.sa_flags = 0;
20 sigaction(SIGALRM, &newact, &oldact);
21
22 //2.設(shè)置阻塞信號集，阻塞SIGALRM信號
23 sigemptyset(&newmask);
24 sigaddset(&newmask, SIGALRM);
25 sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask); //信號屏蔽字 mask
26
27 //3.定時(shí)n秒，到時(shí)后可以產(chǎn)生SIGALRM信號
28 alarm(nsecs);
29
30 /*4.構(gòu)造一個調(diào)用sigsuspend臨時(shí)有效的阻塞信號集，
31 * 在臨時(shí)阻塞信號集里解除SIGALRM的阻塞*/
32 suspmask = oldmask;
33 sigdelset(&suspmask, SIGALRM);
34
35 /*5.sigsuspend調(diào)用期間，采用臨時(shí)阻塞信號集suspmask替換原有阻塞信號集
36 * 這個信號集中不包含SIGALRM信號,同時(shí)掛起等待，
37 * 當(dāng)sigsuspend被信號喚醒返回時(shí)，恢復(fù)原有的阻塞信號集*/
38 sigsuspend(&suspmask);
39
40 unslept = alarm(0);
41 //6.恢復(fù)SIGALRM原有的處理動作，呼應(yīng)前面注釋1
42 sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL);
43
44 //7.解除對SIGALRM的阻塞，呼應(yīng)前面注釋2
45 sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);
46
47 return(unslept);
48}
49
50int main(void)
51{
52 while(1){
53 mysleep(2);
54 printf("Two seconds passed\n");
55 }
56
57 return 0;
58}
可重入函數(shù)/不可重入函數(shù)
一個函數(shù)在被調(diào)用執(zhí)行期間尚未調(diào)用結(jié)束的時(shí)候，由于某種時(shí)序，該函數(shù)又被重復(fù)調(diào)用，這種情況稱為「重入」。如果從信號處理程序返回，則繼續(xù)執(zhí)行進(jìn)程斷點(diǎn)處的正常指令序列，從重新恢復(fù)到斷點(diǎn)重新執(zhí)行的過程中，函數(shù)所依賴的環(huán)境沒有發(fā)生改變，就說這個函數(shù)是可重入的，反之就是不可重入的。
如果要將函數(shù)做成可重入函數(shù)，則函數(shù)內(nèi)不能含有全局變量及static變量，也不能使用malloc、free。
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