Сигналы Posix: функции типа Async-Signal-Safe
Недостаток пpoгрaммы из листинга 5.8 в том, что она вызывает mq_notify, mq_receive и printf из обработчика сигнала. Ни одну из этих функций вызывать оттуда не следует.
Функции, которые могут быть вызваны из обработчика сигнала, относятся к группе, называемой, согласно Posix, async-signal-safe functions (функции, обеспечивающие безопасную обработку асинхронных сигналов). В табл. 5.1 приведены эти функции по стандарту Posix вместе с некоторыми дополнительными, появившимися только в Unix 98.
Функции, которых нет в этом списке, не должны вызываться из обработчика сигнала. Обратите внимание, что в списке отсутствуют стандартные функции библиотеки ввода-вывода и функции pthread_XXX для работы с потоками. Из всех функций IPC, рассматриваемых в этой книге, в список попали только sem_post, read и write (подразумевается, что последние две используются с программными каналами и FIFO).
ПРИМЕЧАНИЕ
Стандарт ANSI С указывает четыре функции, которые могут быть вызваны из обработчика сигналов: abort, exit, longjmp, signal. Первые три отсутствуют в списке функций async-signal-safe стандарта Unix 98.
Таблица 5.1. Функции, относящиеся к группе async-signal-safe
access fpathconf rename sysconf
aio_return fstat rmdir tcdrain
aio_suspend fsync sem_post tcflow
alarm getegid setgid tcflush
cfgetispeed geteuid setpgid tcgetattr
cfgetospeed getgid setsid tcgetgrp
cfsetispeed getgroups setuid tcsendbreak
cfsetospeed getpgrp sigaction tcsetattr
chdir getpid sigaddset tcsetpgrp
chmod getppid sigdelset time
chown getuid sigemptyset timer_getoverrun
clock_gettime kill sigfillset timer_gettime
close link sigismember timer_settime
creat lseek signal times
dup mkdir sigpause umask
dup2 mkfifo sigpending uname
execle open sigprocmask unlink
execve pathconf sigqueue utime
_exit pause sigset wait
fcntl pipe sigsuspend waitpid
fdatasync raise sleep write
fork read stat
Пример: уведомление сигналом
Одним из способов исключения вызова каких-либо функций из обработчика сигнала является установка этим обработчиком глобального флага, который проверяется программным потоком для получения информации о приходе сообщения. В листинге 5.9 иллюстрируется этот метод, хотя новая программа также содержит ошибку, но уже другую, о которой мы вскоре поговорим подробнее.
Глобальная переменная
2 Поскольку единственное действие, выполняемое обработчиком сигнала, заключается в присваивании ненулевого значения флагу mqflag, глобальным переменным из листинга 5.8 уже не нужно являться таковыми. Уменьшение количества глобальных переменных — это всегда благо, особенно при использовании программных потоков.
Открытие очереди сообщений
15-18 Мы открываем очередь сообщений, получаем ее атрибуты и выделяем буфер считывания.
Инициализация наборов сигналов
19-22 Мы инициализируем три набора сигналов и устанавливаем бит для сигнала SIGUSR1 в наборе newmask.
Установка обработчика сигнала, включение уведомления
23-27 Мы устанавливаем обработчик сигнала для SIGUSR1, присваиваем значения полям структуры sigevent и вызываем mq_notify.
Листинг 5.9. Обработчик сигнала устанавливает флаг для главного потока (неправильная версия)
//pxmsg/mqnotifysig2.c
1 #include "unpipc.h"
2 volatile sig_atomic_t mqflag; /* ненулевое значение устанавливается обработчиком */
3 static void sig_usrl(int);
4 int
5 main(int argc, char **argv)
6 {
7 mqd_t mqd;
8 void *buff;
9 ssize_t n;
10 sigset_t zeromask, newmask, oldmask;
11 struct mq_attr attr;
12 struct sigevent sigev;
13 if (argc != 2)
14 err_quit("usage: mqnotifysig2 <name>");
15 /* открытие очереди, получение атрибутов, выделение буфера */
16 mqd = Mq_open(argv[1], O_RDONLY);
17 Mq_getattr(mqd, &attr);
18 buff = Malloc(attr.mq_msgsize);
19 Sigemptyset(&zeromask); /* сигналы не блокируются */
20 Sigemptyset(&newmask);
21 Sigemptyset(&oldmask);
22 Sigaddset(&newmask, SIGUSR1);
23 /* установка обработчика, включение уведомления */
24 Signal(SIGUSR1, sig_usr1);
25 sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
26 sigev.sigev_signo = SIGUSR1;
27 Mq_notify(mqd, &sigev);
28 for (;;) {
29 Sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask); /* блокируем SIGUSR1 */
30 while (mqflag == 0)
31 sigsuspend(&zeromask);
32 mqflag = 0; /* сброс флага */
33 Mq_notify(mqd, &sigev); /* перерегистрируемся */
34 n = Mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, NULL);
35 printf("read %ld bytesn", (long) n);
36 Sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &newmask, NULL); /* разблокируем SIGUSR1 */
37 }
38 exit(0);
39 }
40 static void
41 sig_usr1(int signo)
42 {
43 mqflag = 1;
44 return;
45 }
Ожидание установки флага обработчиком
28-32 Мы вызываем sigprocmask, чтобы заблокировать SIGUSR1, сохраняя текущую маску сигналов в oldmask. Затем мы в цикле проверяем значение глобального флага mqflag, ожидая, когда обработчик сигнала установит его в ненулевое значение. Пока значение этого флага равно нулю, мы вызываем sigsuspend, что автоматически приостанавливает вызывающий поток и устанавливает его маску в zeromask (сигналы не блокируются). Раздел 10.16 [21] рассказывает о функции sigsuspend более подробно. Также там объясняются причины, по которым мы должны проверять значение переменной mqflag только при заблокированном сигнале SIGUSR1. Каждый раз при выходе из sigsuspend сигнал SIGUSR1 блокируется.
Перерегистрация и считывание сообщения
33-36 Когда флаг mqflag принимает ненулевое значение, мы регистрируемся на получение уведомления заново и считываем сообщение из очереди. Затем мы разблокируем сигнал SIGUSR1 и возвращаемся к началу цикла.
Мы уже говорили, что в этой версии программы также присутствует ошибка. Посмотрим, что произойдет, если в очередь попадут два сообщения, прежде чем будет считано первое из них. Мы можем имитировать это, добавив sleep перед вызовом mq_notify. Проблема тут в том, что уведомление отсылается только в том случае, когда сообщение помещается в пустую очередь. Если в очередь поступают два сообщения, прежде чем первое будет считано, то отсылается только одно уведомление. Тогда мы считываем первое сообщение и вызываем sigsuspend, ожидая поступления еще одного. А в это время в очереди уже имеется сообщение, которое мы должны прочитать, но которое мы никогда не прочтем.
Пример: уведомление сигналом с отключением блокировки
Исправить описанную выше ошибку можно, отключив блокировку операции считывания сообщений. Листинг 5.10 содержит измененную версию программы из листинга 5.9. Новая программа считывает сообщения в неблокируемом режиме.
Листинг 5.10. Использование уведомления с помощью сигнала для считывания сообщения из очереди сообщений Posix
//pxmsg/mqnotifysig3.с
1 #include "unpipc.h"
2 volatile sig_atomic_t mqflag; /* ненулевое значение устанавливается обработчиком сигнала */
3 static void sig_usr1(int);
4 int
5 main(int argc, char **argv)
6 {
7 mqd_t mqd;
8 void *buff;
9 ssize_t n;
10 sigset_t zeromask, newmask, oldmask;
11 struct mq_attr attr;
12 struct sigevent sigev;
13 if (argc != 2)
14 err_quit("usage: mqnotifysig3 <name>");
15 /* открытие очереди, получение атрибутов, выделение буфера */
16 mqd = Mq_open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK);
17 Mq_getattr(mqd, &attr);
18 buff = Malloc(attr.mq_msgsize);
19 Sigemptyset(&zeromask); /* сигналы не блокируются */
20 Sigemptyset(&newmask);
21 Sigemptyset(&oldmask);
22 Sigaddset(&newmask, SIGUSR1);
23 /* установка обработчика, включение уведомления */
24 Signal(SIGUSR1, sig_usr1);
25 sigev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
26 sigev.sigev_signo = SIGUSR1;
27 Mq_notify(mqd, &sigev);
28 for (;;) {
29 Sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask); /* блокируем SIGUSR1 */
30 while (mqflag == 0)
31 sigsuspend(&zeromask);
32 mqflag = 0; /* сброс флага */
33 Mq_notify(mqd, &sigev); /* перерегистрируемся */
34 while ((n = mq_receive(mqd, buff, attr.mq_msgsize, NULL)) >= 0) {
35 printf("read $ld bytesn", (long) n);
36 }
37 if (errno != EAGAIN)