C语言：高级并发操作（信号）

引言

同步和异步的使用。

异步事件处理的两种方法：查询法、通知法。（单核机器不存在异步）

一、信号

1. 信号的概念

信号是软件中断。信号的响应依赖于中断。中断是底层硬件的机制。

2. signal函数

kill -l命令查看所有的信号。1 -31 属于标准信号 34 - 64属于实时信号

       typedef void (*sighandler_t)(int);

       sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
展示形式为： void (* signal(int signum, void (*func)(int) )    ) (int )

信号会打断阻塞的系统调用。

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

void mySig()
{

    write(1,".",1);
}

int main()
{

    signal(SIGINT,SIG_IGN);//运行过程中忽略这个信号
    signal(SIGINT,mySig);
    
    int i;
    for(i = 0;i<10;i++)
    {
        write(1,"*",1);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

重构之前的mycpy.c  对于open  write read 函数增加出现系统调用打断的行为判断

 mycpy.c

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <error.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

#define BUF_SIZE    1024*100
int main(int argc,char **argv)
{

    int fps,fpd;
    int ret;
    char buf[BUF_SIZE];
    int len,pos;
    if(argc <3)
    {
        fprintf(stderr,"Usage:%s <src_file> <dest_file>\n",argv[0]);
        exit(1);
    }
    do
    {
        fps = open(argv[1],O_RDONLY);
        if(fps <0)
        {
            if(errno != EINTR)
            {
                perror("open");
                exit(1);
            }
        }
    }while(fps<0);
    do
    {
        fpd = open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0600 );
        if(fpd <0)
        {
            if(errno != EINTR)
            {
                close(fps);
                perror("open");
                exit(1);
            }
        }
    }while(fpd<0);
    while(1)
    {
        len = read(fps,buf,BUF_SIZE);
        if(len < 0)
        {
            if(errno == EINTR)
                continue;
            perror("read()");
            break;
        }
        if(len ==0)
            break;

        pos = 0;
        while(len > 0)
        {
            ret = write(fpd,buf+pos,len);
            if(ret <0)
            {
                if(errno == EINTR)
                    continue;
                perror("write()");
                exit(1);
            }
            pos += ret;
            len-=ret;
        }
    
    }

    close(fpd);
    close(fps);

    return 0;
}

3. 信号的不可靠

标准的信号会丢失，实时信号不会丢失。指的是信号的行为不可靠。（第一次调用还未结束，第二次调用就开始了）

4. 可重入函数

第一次调用还未结束，第二次调用不会出错叫可重入函数（reentrant）。所有的系统调用都是可重入的，一部分库函数也是可重入的，比如说：memcpy rand_r localtime_r   memove

5. 信号的响应过程

mask（信号屏蔽字，32位一般情况都是1）pending（32位 位图，初始都为0），收到信号后pending位置1，内核在kernal态进入到user态时，会用mask值 & pending 获取发生的信号，将mask与pending全部置为0，执行函数，执行完毕将mask位置1。

信号从收到到响应有一个不可避免的延迟。
思考：
如何忽略掉一个信号？  将mask位置0
标准信号为什么会丢失？  在执行信号时，pending位置多次1，此时mask位是0
标准信号的响应没有严格的顺序。
不能从信号处理函数中随意的往外跳。（sigsetjmp,siglongjmp）

6. 相关常用函数

kill

发送一个信号到一个进程或进程组

raise

给当前进程或者线程发送一个信号

alarm

指定秒数，发送SIGALRM信号。默认alarm会杀掉当前程序。alarm不能实现多任务的计时器，只能执行最后一次设置的计时器。

alarm.c

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

void mySig()
{

    write(1,".",1);
}

int main()
{
    alarm(5);
    alarm(2);
    alarm(10);
    while(1)
        pause();
#if 0
   signal(SIGALRM,mySig);
    
    int i;
    for(i = 0;i<10;i++)
    {
        write(1,"*",1);
        alarm(1);
        sleep(1);
    }
#endif 
    return 0;
}

5秒进行计数，不用alarm实现

5sec.c

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


int main()
{
    time_t end;
    long long  count = 0;
   end = time(NULL)+5;
    while(time(NULL)<= end)
    {
        count++;
    }
    printf("count = %lld \n",count);
    return 0;
}

 使用alarm实现

5sec_signal.c

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

static int loop = 1;

void alrm_handler(int num)
{
    loop = 0;
}

int main()
{

    signal(SIGALRM,alrm_handler);
    alarm(5);

    long long  count=0;
    while(loop)
    {
        count++;
    }
    printf("count = %lld \n",count);
    return 0;
}

gcc -S 5sec_signal.c 会产生 5sec_singal.s的汇编文件  

使用-O1优化之后，程序会一直执行下去，因为程序中while中没有用到loop,优化后loop的值会直接从寄存器取程序while会一直成立，volatile关键字告诉程序要去真正的地址取数据，不要从内存获取

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

static volatile int loop = 1;  //从真实的空间去取数据

void alrm_handler(int num)
{
    loop = 0;
}

int main()
{

    signal(SIGALRM,alrm_handler);
    alarm(5);

    long long  count=0;
    while(loop)
    {
        count++;
    }
    printf("