慢系统调用与信号

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。

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”）。

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:

 1 while (1) {
 2
 3     n = read(fd, buf, BUFSIZ);
 4
 5     if (n == -1 && errno != EINTR) {
 6
 7         printf("read error\n");
 8
 9         break;
10
11     }
12
13     if (n == 0) {
14
15         printf("read done\n");
16
17         break;
18
19     }
20
21 }

这样做逻辑比较繁琐, 事实上, 我们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, 被该信号中断的系统调用将自动恢复.

示例程序：

 1 #include <signal.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <error.h>
 5 #include <string.h>
 6 #include <unistd.h>
 7
 8 void sig_handler(int signum)
 9 {
10     printf("in handler\n");
11     sleep(1);
12     printf("handler return\n");
13 }
14
15 int main(int argc, char **argv)
16 {
17     char buf[100];
18     int ret;
19     struct sigaction action, old_action;
20
21     action.sa_handler = sig_handler;
22     sigemptyset(&action.sa_mask);
23     action.sa_flags = 0;
24     /* 版本1:不设置SA_RESTART属性
25      * 版本2:设置SA_RESTART属性 */
26     //action.sa_flags |= SA_RESTART;
27
28     sigaction(SIGINT, NULL, &old_action);
29     if (old_action.sa_handler != SIG_IGN) {
30         sigaction(SIGINT, &action, NULL);
31     }
32
33     bzero(buf, 100);
34
35     ret = read(0, buf, 100);
36     if (ret == -1) {
37         perror("read");
38     }
39
40     printf("read %d bytes:\n", ret);
41     printf("%s\n", buf);
42
43     return 0;
44 }

当sa_flags不设置：SA_RESTART时：

结果：

设置后：

当被中断后，重新执行

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）

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：

1 again:
2           if ((n = read(fd， buf， BUFFSIZE)) < 0) {
3              if (errno == EINTR)
4                   goto again;     /* just an interrupted system call */
5             /* handle other errors */
6           }

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。

1 struct sigaction action;
2
3 action.sa_handler = handler_func;
4 sigemptyset(&action.sa_mask);
5 action.sa_flags = 0;
6 /* 设置SA_RESTART属性 */
7 action.sa_flags |= SA_RESTART;
8
9 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.

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。

1 struct sigaction action;
2
3 action.sa_handler = SIG_IGN;
4 sigemptyset(&action.sa_mask);
5
6 sigaction(SIGALRM, &action, NULL);

另外，在我的 https://github.com/juniperdiego/Unix-network-programming-of-mine/tree/master/tcpserv02 中，

accept是一个慢调用函数

程序在ubuntu 14.04下运行，使用signal(SIGCHLD, sig_chld)情况下，抓不到 EINTR；

使用sigaction(SIGCHLD, &action, NULL);设置了 sa_flag = 0后，才能捕捉到EINTR。