一、利用pause和alarm函數實現sleep函數
#include <unistd.h>
int pause(void);
pause函數使調用進程掛起直到有信號遞達。如果信號的處理動作是終止進程，則進程終止，pause函數沒有機會返回；如果信號的處理動作是忽略，則進程繼續處於掛起狀態，pause不返回；如果信號的處理動作是捕捉，則調用了信號處理函數之後pause返回-1，errno設置為EINTR，所以pause只有出錯的返回值。錯誤碼EINTR表示“被信號中斷”。
alarm函數可以參考這裡：http://blog.csdn.net/simba888888/article/details/8944647
下面使用pause和alarm實現sleep(3)函數，稱為mysleep：
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void sig_alrm(int signo)
{
/* nothing to do */
}
unsigned int mysleep(unsigned int nsecs)
{
struct sigaction newact, oldact;
unsigned int unslept;
newact.sa_handler = sig_alrm;
sigemptyset(&newact.sa_mask);
newact.sa_flags = 0;
sigaction(SIGALRM, &newact, &oldact);
alarm(nsecs);
pause();
unslept = alarm(0);
sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL);
return unslept;
}
int main(void)
{
while (1)
{
mysleep(2);
printf("Two seconds passed\n");
}
return 0;
}
1. main函數調用mysleep函數，後者調用sigaction注冊了SIGALRM信號的處理函數sig_alrm。
2. 調用alarm(nsecs)設定鬧鐘。
3. 調用pause等待，內核切換到別的進程運行。
4. nsecs秒之後，鬧鐘超時，內核發SIGALRM給這個進程。
5. 從內核態返回這個進程的用戶態之前處理未決信號，發現有SIGALRM信號，其處理函數是sig_alrm。
6. 切換到用戶態執行sig_alrm函數，進入sig_alrm函數時SIGALRM信號被自動屏蔽，從sig_alrm函數返回時SIGALRM信號自動解除屏蔽。然後自動執行系統調用sigreturn再次進入內核，再返回用戶態繼續執行進程的主控制流程（main函數調用的mysleep函數）。
7. pause函數返回-1，然後調用alarm(0)取消鬧鐘，調用sigaction恢復SIGALRM信號以前的處理動作。
需要注意的是雖然sig_alrm函數什麼都沒干，但還是得注冊作為SIGALRM的處理函數，因為SIGALRM信號的默認處理是終止進程，這也是在mysleep函數返回時要恢復SIGALRM信號原來的sigaction的原因。此外，mysleep函數的返回值表示“未睡到”的時間，即unslept，當尚未計時到nsecs而pause函數先被其他信號處理函數所中斷返回，在外界看來就是在sleep期間被其他信號處理函數中斷了，則mysleep返回非0值，即unslept。如sleep(3)的man 手冊寫的返回值：
RETURN VALUE： Zero if the requested time has elapsed, or the number of seconds left to sleep, if the call was interrupted by a signal handler.
當然如果是被SIGALRM handler所中斷，則表示睡眠時間到，mysleep返回值為0。
二、競態條件與sigsuspend函數
現在重新審視上面的mysleep函數，設想這樣的時序：
1. 注冊SIGALRM信號的處理函數。
2. 調用alarm(nsecs)設定鬧鐘。
3. 內核調度優先級更高的進程取代當前進程執行，並且優先級更高的進程有很多個，每個都要執行很長時間
4. nsecs秒鐘之後鬧鐘超時了，內核發送SIGALRM信號給這個進程，處於未決狀態。
5. 優先級更高的進程執行完了，內核要調度回這個進程執行。SIGALRM信號遞達，執行處理函數sig_alrm之後再次進入內核。
6. 返回這個進程的主控制流程，alarm(nsecs)返回，調用pause()掛起等待。
7. 可是SIGALRM信號已經處理完了，還等待什麼呢？
出現這個問題的根本原因是系統運行的時序（Timing）並不像我們寫程序時所設想的那樣。雖然alarm(nsecs)緊接著的下一行就是pause()，但是無法保證pause()一定會在調用alarm(nsecs)之後的nsecs秒之內被調用。由於異步事件在任何時候都有可能發生（這裡的異步事件指出現更高優先級的進程），如果我們寫程序時考慮不周密，就可能由於時序問題而導致錯誤，這叫做競態條件（Race Condition）。
如何解決上述問題呢？我們可能會想到，在調用pause之前屏蔽SIGALRM信號使它不能提前遞達就可以了。看看以下方法可行嗎？
1. 屏蔽SIGALRM信號;
2. alarm(nsecs);
3. 解除對SIGALRM信號的屏蔽;
4. pause();
從解除信號屏蔽到調用pause之間存在間隙，SIGALRM仍有可能在這個間隙遞達。要消除這個間隙，我們把解除屏蔽移到pause後面可以嗎？
1. 屏蔽SIGALRM信號;
2. alarm(nsecs);
3. pause();
4. 解除對SIGALRM信號的屏蔽;
這樣更不行了，還沒有解除屏蔽就調用pause，pause根本不可能等到SIGALRM信號。要是“解除信號屏蔽”和“掛起等待信號”這兩步能合並成一個原子操作就好了，這正是sigsuspend函數的功能。sigsuspend包含了pause的掛起等待功能，同時解決了競態條件的問題，在對時序要求嚴格的場合下都應該調用sigsuspend而不是pause。
#include <signal.h>
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);
和pause一樣，sigsuspend沒有成功返回值，只有執行了一個信號處理函數之後sigsuspend才返回，返回值為-1，errno設置為EINTR。
調用sigsuspend時，進程的信號屏蔽字由sigmask參數指定，可以通過指定sigmask來臨時解除對某個信號的屏蔽，然後掛起等待，當sigsuspend返回時，進程的信號屏蔽字恢復為原來的值，如果原來對該信號是屏蔽的，從sigsuspend返回後仍然是屏蔽的。
以下用sigsuspend重新實現mysleep函數：
/*************************************************************************
> File Name: mysleep.c
> Author: Simba
> Mail: [email protected]
> Created Time: 2012年12月16日 星期日 21時30分42秒
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void sig_alrm(int signo)
{
/* nothing to do */
}
unsigned int mysleep(unsigned int nsecs)
{
struct sigaction newact, oldact;
sigset_t newmask, oldmask, suspmask;
unsigned int unslept;
/* set our handler, save previous information */
newact.sa_handler = sig_alrm;
sigemptyset(&newact.sa_mask);
newact.sa_flags = 0;
sigaction(SIGALRM, &newact, &oldact);
/* block SIGALRM and save current signal mask */
sigemptyset(&newmask);
sigaddset(&newmask, SIGALRM);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);
alarm(nsecs);
suspmask = oldmask;
sigdelset(&suspmask, SIGALRM); /* make sure SIGALRM isn't block */
sigsuspend(&suspmask); /* wait for any signal to be caught */
/* some signal has been caught. SIGALRM is now blocked */
unslept = alarm(0);
sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL); /* reset previous action */
/* reset signal mask, which unblocks SIGALRM */
sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);
return(unslept);
}
int main(void)
{
while (1)
{
mysleep(2);
printf("Two seconds passed\n");
}
return 0;
}
如果在調用mysleep函數時SIGALRM信號沒有屏蔽：
1. 調用sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);時屏蔽SIGALRM。
2. 調用sigsuspend(&suspmask);時解除對SIGALRM的屏蔽，然後掛起等待待。
3. SIGALRM遞達後suspend返回，自動恢復原來的屏蔽字，也就是再次屏蔽SIGALRM。
4. 調用sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);時再次解除對SIGALRM的屏蔽。
