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<b>重新开始这个系统调用, 还是让系统调用失败</b>?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:

while(1){
    n = read(fd, buf, BUFSIZE);
    if ( n == -1 && errno != EINTR) {
        printf("read error\n");
        break;
    }
    if (n == 0) {
        printf("read done\n");
        break;
    }
}

处理被中断的系统调用

  1. 重启被中断的系统调用
    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。
    if ((n = read(fd, buf, BUFSIZE)) < 0 ) {
        if (errno == EINTR) continue;
    }
  1. 安装信号时设置SA_RESTART属性(该方法对有的系统调用无效)
    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,而是让被信号中断的系统调用自动恢复。
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。

  1. 忽略信号(让系统不产生信号中断)
struct sigaction action;

action.sa_handler = SIG_IGN;
sigemptyset(&action.sa_mask);

sigaction(SIGALRM, &action, NULL);

总结

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”。

文档更新时间: 2021-02-28 20:42   作者:周国强