信号中断 与 慢系统调用

1. 术语

1.1. 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。

2. EINTR介绍

2.1. EINTR错误产生的原因

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”）。

怎么看哪些系统条用会产生EINTR错误呢？用man啊！

如下表所示的系统调用就会产生EINTR错误，当然不同的函数意义也不同。

 

系统调用函数	errno为EINTR表征的意义
write	由于信号中断，没写成功任何数据。 The call was interrupted by a signal before any data was written.
open	由于信号中断，没读到任何数据。 The call was interrupted by a signal before any data was read.
recv	由于信号中断返回，没有任何数据可用。 The receive was interrupted by delivery of a signal before any data were available.
sem_wait	函数调用被信号处理函数中断。 The call was interrupted by a signal handler.

 

2.2. 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）

2.2.1. 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：

[cpp] view
plain copy

 





again:  

          if ((n = read(fd， buf， BUFFSIZE)) < 0) {  

             if (errno == EINTR)  

                  goto again;     /* just an interrupted system call */  

            /* handle other errors */  

          }  

可以去github上看看别人怎么处理EINTR错误的。在github上搜索“==EINTR”关键字就有一大堆了。摘取几个看看：

[cpp] view
plain copy

 





……  

   

while ((r = read (fd， buf， len)) < 0 && errno == EINTR) /*do 

nothing*/ ;  

   

……  

[cpp] view
plain copy

 





ssize_t Read(int fd， void *ptr， size_t nbytes)  

{  

   

        ssize_t n;  

   

again:  

        if((n = read(fd， ptr， nbytes)) == -1){  

                if(errno == EINTR)  

                        goto again;  

                else  

                        return -1;  

        }  

        return n;  

}  

2.2.2. 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。

[cpp] view
plain copy

 





struct sigaction action;  

   

action.sa_handler = handler_func;  

sigemptyset(&action.sa_mask);  

action.sa_flags = 0;  

/* 设置SA_RESTART属性 */  

action.sa_flags |= SA_RESTART;  

   

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.

 

2.2.3. 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。

[cpp] view
plain copy

 





struct sigaction action;  

   

action.sa_handler = SIG_IGN;  

sigemptyset(&action.sa_mask);  

   

sigaction(SIGALRM, &action, NULL);  

3. 测试代码

为了方便大家测试，这里附上两段测试代码。

3.1. 测试代码一

闹钟信号SIGALRM中断read系统调用。安装SIGALRM信号时如果不设置SA_RESTART属性，信号会中断read系统过调用。如果设置了SA_RESTART属性，read就能够自己恢复系统调用，不会产生EINTR错误。

[cpp] view
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#include <signal.h>  

#include <stdio.h>  

#include <stdlib.h>  

#include <error.h>  

#include <string.h>  

#include <unistd.h>  

   

void sig_handler(int signum)  

{  

    printf("in handler\n");  

    sleep(1);  

    printf("handler return\n");  

}  

   

int main(int argc, char **argv)  

{  

    char buf[100];  

    int ret;  

    struct sigaction action, old_action;  

   

    action.sa_handler = sig_handler;  

    sigemptyset(&action.sa_mask);  

    action.sa_flags = 0;  

    /* 版本1:不设置SA_RESTART属性 

     * 版本2:设置SA_RESTART属性 */  

    //action.sa_flags |= SA_RESTART;  

   

    sigaction(SIGALRM, NULL, &old_action);  

    if (old_action.sa_handler != SIG_IGN) {  

        sigaction(SIGALRM, &action, NULL);  

    }  

    alarm(3);  

     

    bzero(buf, 100);  

   

    ret = read(0, buf, 100);  

    if (ret == -1) {  

        perror("read");  

    }  

   

    printf("read %d bytes:\n", ret);  

    printf("%s\n", buf);  

   

    return 0;  

}  

3.2. 测试代码二

闹钟信号SIGALRM中断msgrcv系统调用。即使在插入信号时设置了SA_RESTART，也无效。

[cpp] view
plain copy

 





#include <stdio.h>  

#include <stdlib.h>  

#include <unistd.h>  

#include <errno.h>  

#include <signal.h>  

#include <sys/types.h>  

#include <sys/ipc.h>  

#include <sys/msg.h>  

   

void ding(int sig)  

{  

    printf("Ding!\n");  

}  

   

struct msgst  

{  

    long int msg_type;  

    char buf[1];  

};  

   

int main()  

{  

    int nMsgID = -1;  

   

    // 捕捉闹钟信息号  

    struct sigaction action;  

    action.sa_handler = ding;  

    sigemptyset(&action.sa_mask);  

    action.sa_flags = 0;  

    // 版本1:不设置SA_RESTART属性  

    // 版本2:设置SA_RESTART属性  

    action.sa_flags |= SA_RESTART;  

    sigaction(SIGALRM, &action, NULL);  

     

    alarm(3);  

    printf("waiting for alarm to go off\n");  

   

    // 新建消息队列  

    nMsgID = msgget(IPC_PRIVATE, 0666 | IPC_CREAT);  

    if( nMsgID < 0 )  

    {  

        perror("msgget fail" );  

        return;  

    }  

    printf("msgget success.\n");  

   

    // 阻塞 等待消息队列  

    //  

    // msgrcv会因为进程收到了信号而中断。返回-1，errno被设置为EINTR。  

    // 即使在插入信号时设置了SA_RESTART，也无效。man msgrcv就有说明。  

    //  

    struct msgst msg_st;  

    if( -1 == msgrcv( nMsgID, (void*)&msg_st, 1, 0, 0 ) )  

    {  

        perror("msgrcv fail");  

    }  

   

    printf("done\n");  

   

    exit(0);  

}  

4. 总结

慢系统调用(slow system call)会被信号中断，系统调用函数返回失败，并且errno被置为EINTR（错误描述为“Interrupted system call”）。

处理方法有以下三种：①人为重启被中断的系统调用；②安装信号时设置 SA_RESTART属性；③忽略信号（让系统不产生信号中断）。

有时我们需要捕获信号，但又考虑到第②种方法的局限性（设置 SA_RESTART属性对有的系统无效，如msgrcv），所以在编写代码时，一定要“人为重启被中断的系统调用”。

转自http://blog.csdn.net/benkaoya/article/details/17262053