用alarm函数实现sleep函数时遇到的问题

sanbodhi

今天读到APUE的第十章《信号》的时候，参照书上所讲，自己用alarm()实现了一个mysleep()函数。程序如下：

#include <stdio.h> #include <setjmp.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> typedef void Sigfunc(int); static jmp_buf env_alarm; volatile int rtn_val; static void old_sig_alarm(int signo) {   printf("in old_sig_alarm()\n");   // longjmp(env_alarm,1); } static void new_sig_alarm(int signo) {   printf("in new_sig_alarm()\n");   // longjmp(env_alarm,1); } int mysleep(unsigned int sec) {   int old_alrm = -1;   Sigfunc *p;   if( (p = signal(SIGALRM,new_sig_alarm)) == SIG_ERR )     return(sec);   if(setjmp(env_alarm)==0)   {     old_alrm = alarm(sec); //old_alarm保存此函数之前的alarm的秒数     if(old_alrm>0) //说明调用mysleep()之前有alarm()语句     {       if(old_alrm<sec) // alarm(3); mysleep(5); 的情况       {       signal(SIGALRM,p);       alarm(old_alrm);       rtn_val = 0;       pause();       }       else //alarm(5); mysleep(3); 的情况，也是我所遇到问题的情况       {          rtn_val = old_alrm - sec;       pause();       }     }     else //调用mysleep()之前没有alarm()语句     {       rtn_val = 0;       pause();     }   }   signal(SIGALRM,p); //返回之前把SIGALRM的处理函数恢复为默认的   return(alarm(rtn_val)); } int main(void) {   signal(SIGALRM,old_sig_alarm); //设置SIGALRM的默认处理函数   alarm(5);   mysleep(3);   pause();   return 0; }

程序的一些说明:
1、old_sig_alarm()函数用来模拟SIGALRM信号默认的信号处理函数，而new_sig_alarm()函数用作捕捉SIGALRM信号的处理函数。mysleep()中用函数指针p保存old_sig_alarm，以便退出函数的时候恢复为默认的信号处理函数（我的程序中用old_sig_alarm模拟默认函数）。
2、main()函数在调用mysleep(m)之前已经设置了一个alarm(n)，n在mysleep(m)中用old_alrm存放。

     如果alarm的时间早于mysleep的结束时间，则直接处理alarm()，然后终止mysleep()函数。如：

int main(void) {    …    alarm(3);    mysleep(5);    … }

     如果alarm的时间超过mysleep的时间，则先mysleep结束以后，再等到alarm到时间并调用默认的处理函数。（根据APUE上说，对于 先alarm(5) 然后 sleep(3)，是否会产生2个SIGALRM信号根据不同系统的具体实现而不同。我的程序是会产生2个SIGALRM信号的，即mysleep结束以后依然处理之前的alarm）。如：

Int main(void) { … alarm(5); mysleep(3); pause(); … }

3、根据APUE，如果mysleep的实现写成：

int mysleep(int sec) { … signal(SIGALRM,new_sig_alarm); alarm(sec); pause(); … }

当系统繁忙的时候，可能产生竞争条件。即，执行alarm(sec)以后，因为竞争，所以没有执行到pause()一句alarm()就到时间了。这时会调用new_sig_alarm()处理信号，然后再执行pause()。这样进程就会永远挂起。为了避免这种情况，程序引入了setjmp和longjmp，在new_sig_alarm() 与old_sig_alarm()中加入一句 longjmp，这样无论是否产生竞争，函数都不会永远挂起。具体实现见上面贴的程序。具体实现中，我用rtn_val保存mysleep函数返回之前需要alarm的时间，有可能是0， 也有可能是 old_alarm-sec。为了longjmp的时候rtn_val不会被恢复成为setjmp时的值，我把rtn_val申明为volatile。

程序的问题：
     当把old_sig_alarm() 与new_sig_alarm()中的longjmp语句注释起来，程序可以正常执行。即，运行3秒之后输出 in new_sig_alarm()，再过2秒，输出in old_sig_alarm()。可以看到，退出mysleep()之前，SIGALARM的信号处理函数被还原成了默认的old_sig_alarm()。
    但是，当把2句longjmp的注释去掉以后，运行3秒输出了in new_sig_alarm()后，程序就永远挂起了。

    请问这是怎么回事啊？（由于涉及信号，用gdb仿佛也不好调试）

goodluckwhh

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

typedef void Sigfunc(int);
static jmp_buf env_alarm;
volatile int rtn_val;

static void old_sig_alarm(int signo)
{
  printf("in old_sig_alarm()\n");
  longjmp(env_alarm,1);

}

static void new_sig_alarm(int signo)
{
  printf("in new_sig_alarm()\n");
  longjmp(env_alarm,1);

}

int mysleep(unsigned int sec)
{
  int old_alrm = -1;
  Sigfunc *p;

  if( (p = signal(SIGALRM,new_sig_alarm)) == SIG_ERR )
    return(sec);

  printf("the sig function 1 is %p\r\n", p);
  if(setjmp(env_alarm)==0)
  {
    old_alrm = alarm(sec); //old_alarm保存此函数之前的alarm的秒数


    if(old_alrm>0) //说明调用mysleep()之前有alarm()语句

    {
      if(old_alrm<sec) // alarm(3); mysleep(5); 的情况

      {
      signal(SIGALRM,p);
      alarm(old_alrm);
      rtn_val = 0;
      pause();
      }
      else //alarm(5); mysleep(3); 的情况，也是我所遇到问题的情况

      {
         rtn_val = old_alrm - sec;
      pause();
      }
    }
    else //调用mysleep()之前没有alarm()语句

    {
      rtn_val = 0;
      pause();
    }
  }

  signal(SIGALRM,p); //返回之前把SIGALRM的处理函数恢复为默认的
  printf("the sig function 2 is %p\r\n", p);
  printf("the remain time is %d\r\n", rtn_val);
  return(alarm(rtn_val));
}

int main(void)
{
  signal(SIGALRM,old_sig_alarm); //设置SIGALRM的默认处理函数

  alarm(5);
  mysleep(3);
  pause();
  return 0;
}
作上述修改后，用gcc运行的结果（在windows下运行gcc）：
$ ./a.exe
the sig function 1 is 0x401074
in new_sig_alarm()
the sig function 2 is 0x401074
the remain time is 2
in old_sig_alarm()
the sig function 2 is 0x4
the remain time is 2
      7 [main] a 4064 _cygtls::handle_exceptions: Error while dumping state (probably corrupted stack)
Segmentation fault (core dumped)
错在什么地方应该已经很明显了~~~

[ 本帖最后由 goodluckwhh 于 2007-9-4 18:54 编辑 ]

sanbodhi

goodluckwhh兄:
    我现在大概知道了是因为longjmp把栈给弄乱，所以出现错误。但是我去掉2句注释以后在linux环境下面运行程序，不会出现 in old_sig_alarm() 的打印信息，我的程序在输出：

        in new_sig_alarm()
        the remain time is 2

之后就挂起了。 （我的程序中，指针p就是用来存old_sig_alarm()的地址的，两句输出"the sig function 1/2 0x401074" 地址肯定是一样的。所以我把输出p指针地址的2句去掉了。）

    我想是不是在 new_sig_alarm()里面longjmp了以后在old_sig_alarm()里面又longjmp一次就把栈弄乱了，所以我把old_sig_alarm()里面的longjmp注释起来。但是这样还是会被挂起。

    请问能否使用longjmp 让程序按照我原本的意图正确运行啊？ (即先 mysleep 3秒 ，再过2秒之后捕捉到原本的alarm(5)并用old_sig_alarm() 处理 )

    万分感谢！  

sanbodhi

我对程序作了一些改进。
用 sigsetjmp/siglongjmp 替换了 setjmp/longjmp， 这样可以在输出 in new_sig_alarm() 之后输出 in old_sig_alarm()，但是之后还会出现一句 Segmentation fault.
于是我把 old_sig_alarm()里面的 siglongjmp 注释起来，于是程序可以完全正确的运行。

但是，如果还是用 setjmp/longjmp ， 只是把old_sig_alarm()里面的 siglongjmp 注释起来，程序依然会在输出 in new_sig_alarm()之后挂起。

看来还和信号屏蔽字有关系。 我继续想想。

[ 本帖最后由 sanbodhi 于 2007-9-5 11:29 编辑 ]

goodluckwhh

你猜测到了是和信号有关，我帮你证实了。
同样运行该程序，但是让它在后台运行，随后用kill给它送各种信号，发现信号可以使挂起的进程结束，但是需要注意的是当我试图给它送SIGALRM信号时，shell返回了进程不存在的错误，但是进程随后结束了。

同时在进程挂起时通过 ps -l看到的该进程的WCHAN状态为pause(使用的是red hat )。

至于你该用sigsetjmp/siglongjmp之后出现的段错误，原因应该是你从信号处理函数jump回sleep函数后都有重新设置信号处理函数和调用pause，而且pause的时间总为2

sanbodhi

我终于搞清楚了。程序有2个错误，一个是Segmentation fault,一个是永远挂起。

1、Segmentation fault错误是因为 在 new_sig_alarm() 和  old_sig_alarm()里面都用了 longjmp/siglongjmp。不完美的解决方案是把old_sig_alarm()里面的注释起来，但是有一个问题就是“我的old_sig_alarm()是用来模拟SIGALRM信号的默认处理函数的，万一linux自己的处理函数里面带有类似的 longjmp， 那我这个mysleep函数还是不能够很好的运作”。

2、永远挂起错误是因为， linux中，进入消息处理函数的时候，会把这个消息加入信号屏蔽字里面。在new_sig_alarm()里面，用longjmp 直接跳转以后，并没有恢复信号屏蔽字，所以mysleep结束以后，对后来的alarm信号没有响应。
   用siglongjmp以后，会自动在跳转之前恢复信号屏蔽字，所以程序就执行正确了。
   或者，使用longjmp，在跳转之前手动恢复，如下：
static void new_sig_alarm(int signo)
{
  sigset_t delset,curset;
  printf("in new_sig_alarm()\n";

  sigemptyset(&delset);  sigaddsets(&delset,SIGALRM);
  sigpending(&curset);
  sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&delset,&curset);
  longjmp(env_alarm,1);
}

这样，程序也可以正确执行了。  

goodluckwhh

关于Segmentation fault的错误你分析的有点简单，第二个错误你已经分析出来了。
Segmentation fault的真正原因在于：
当你从new_sig_alarm调用longjmp/siglongjmo跳回sleep操作后你作了如下操作：
signal(SIGALRM,p);
return(alarm(rtn_val));
这里p就是你的old_sig_alarm函数，rtn_val的值为2，做完这个操作之后sleep函数返回了，注意此时该函数的堆栈也无效了，但是2秒钟后当alarm到期时，信号处理函数old_sig_alarm又试图跳回sleep函数。这才是造成问题的真正原因，并不是因为你在两个地方都调用了longjmp/siglongjmp。

顺便罗嗦一句：alarm信号的默认行为是结束该进程。

sanbodhi

哦! 原来是这样！ 看来我还是想错了   
非常感谢 goodluckwhh兄