linux下模拟实现sleep以及sleep会出现的问题解决方案

程序员文章站 2022-05-01 15:55:26

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linux下的sleep这个函数相信我们都不陌生了，它的作用就是让程序休眠一定的秒数，到时间后自动恢复。

这里我们主要用到三个函数：

（1）alarm()函数

 #include <unistd.h>

       unsigned int alarm(unsigned int seconds);

采用alarm()函数设定需要睡眠的秒数，到时间后闹钟会发送SIGALRM信号给当前进程。但SIGALRM信号的默认操作是杀死进程，所以我们需要对SIGALRM信号进行自定义处理。

（2）pause()函数

#include <unistd.h>
int pause(void);

pause函数使调⽤进程挂起直到有信号递达。如果信号的处理动作是终⽌进程,则进程终⽌,pause函数没有机会返回，所以这里我们要捕捉SIGALRM信号，不让它直接终止进程。

（3）sigaction()函数

  #include <signal.h>

       int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,
                     struct sigaction *oldact);

具体实现代码：

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

void handler(int sig)//程序在睡眠区间什么也不做，这里自定义也不执行任何操作
{
	
}

int mysleep(int timecount)
{
	struct sigaction act,oact;
	act.sa_handler = handler;
	act.sa_flags = 0;
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	unsigned int unslept = 0;

	sigaction(SIGALRM,&act,&oact);//如果不捕捉，SIGALRM信号直接将进程终止，

	alarm(timecount);//timecount秒后发送一个SIGALRM信号。

	pause(); //将进程挂起，直到有信号递达。

	unslept = alarm(0); //参数为0表示清空闹钟。返回值表示上次闹钟剩下的时间。

	sigaction(SIGALRM,&oact,NULL); // 恢复默认信号处理动作

	return unslept;
}


int main()
{
	while(1)
	{
		unsigned int time = mysleep(5);
		printf("time = %d\n",time);
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

竟态条件：
由于异步事件在任何时候都有可能发生(这里的异步事件指出现更优先级的进程),如果我们写程序时考虑不周密,就可能由于时序问题而导致错误,这叫做竞态条件 (Race Condition)。

虽然alarm(timecount)紧接着的下一行就是pause(),但是无法保证pause()一定会在调用alarm(timecount)之后的timecount秒之内被调用。

在调用pause之前屏蔽SIGALRM信号使它不能提前递达就可以了。
1. 屏蔽SIGALRM信号;
2. alarm(nsecs)；
3. 解除对SIGALRM信号的屏蔽；
4. pause();
从解除信号屏蔽到调用pause之间存在间隙,SIGALRM仍有可能在这个间隙递达。要是“解除信号屏蔽”和“挂起等待信号”这两步能合并成一个原子操作就好了,这正是sigsuspend
函数的功能。sigsuspend包含了pause的挂起等待功能,同时解决了竞态条件的问题,在对时序要求严格的场合下都应该调用sigsuspend不是pause。

#include <signal.h>
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);

调用sigsuspend时,进程的信号屏蔽字由sigmask参数指定,可以通过指定sigmask来临时解除对某个信号的屏蔽,然后挂起等待,当sigsuspend返回时,进程的信号屏蔽字恢复为原
来的值,如果原来对该信号是屏蔽的,从sigsuspend返回后仍然是屏蔽的。

改良代码：

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

void handler(int sig)//程序在睡眠区间什么也不做，这里自定义也不执行任何操作
{
	
}

//版本一有问题：如果设置好闹钟，但是进程被切出去了，有可能当切回来的时候，闹钟已经响了。要保证闹钟在切回来之前不可能响。
//在切回来之前先屏蔽信号，切回来之后取消屏蔽。
int mysleep(int timecount)
{
	struct sigaction act,oact;
	act.sa_handler = handler;
	act.sa_flags = 0;
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	unsigned int unslept = 0;
	sigaction(SIGALRM,&act,&oact); //注册信号捕捉函数。


	sigset_t newmask,oldmask,suspmask;  //定义信号集。
	sigemptyset(&newmask); //初始化。
	sigaddset(&newmask,SIGALRM); 
	sigprocmask(SIG_BLOCK,&newmask,&oldmask);//将这个信号加入到屏蔽字当中。

	alarm(timecount);//设置好闹钟，下一步就需要屏蔽闹钟信号了，防止当闹钟设置好就被切出去了，从这里可以看出屏蔽信号应该放在设置闹钟的前面，要不然闹钟已经响了，没有执行屏蔽信号代码，导致再切回来的时候等不到闹钟了。

	suspmask = oldmask;
	sigdelset(&suspmask,SIGALRM); //确保suspmask中没有屏蔽SIGALRM信号。
	sigsuspend(&suspmask);//用suspmask去替换block表，从而临时解除对SIGALRM信号的阻塞

	unslept = alarm(0);//取消闹钟。
	sigaction(SIGALRM,&oact,NULL);
	sigprocmask(SIG_SETMASK,&oldmask,NULL);  //恢复之前的系统默认信号和默认信号处理。

	return unslept;


}


int main()
{
	while(1)
	{
		unsigned int time = mysleep(5);
		printf("time = %d\n",time);
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}