即使运行它们的进程很忙，signal()和alarm()也能工作吗？或者我应该在另一个专用进程上运行它？

Question

我目前正在实施一个生产者/消费者问题计划。我有一个父进程和几个子进程。一切正常，但现在我需要让我的程序每 k 毫秒输出我的程序正在执行的任务的进度。

起初我认为也许只是使用 signal() 和 alarm() 函数，但从一些初步测试来看，我一直在做这件事。似乎还不够。我查看了几个日志文件，似乎 onAlarm() 没有被调用。我想这与父母和孩子都“忙”而没有收到事件有关？或者即使他们很忙，他们也应该能够在 onAlarm() 上接收呼叫？我看到的唯一解决方法是创建另一个流程，该流程具有单一责任来处理此问题。

这是我的“事件”代码：

void onAlarm() {
    signal(SIGALRM, onAlarm);
    alarm(0.01);

        fprintf(outputFile, "ALAAAAAAAAAAAAAARMMMMMMMMMMM: %d\n", numberOfBytesRead);
}

int main() {
    signal(SIGALRM, onAlarm);
    alarm(0.01);
        ...
}

Answer 1

您的主要问题是 alarm()需要整数秒 - 并且 alarm(0) 用于取消任何未完成的警报。

自然的后续问题是：

如何进行亚秒级等待？

我不确定批准的方式是什么。在某些系统上，有一个微睡眠 (usleep()) 调用，但这不是 POSIX 2008 的一部分。 POSIX 中的 usleep() 的直接类似物出现为 nanosleep()。

有一个 sigtimewait() 可以大概可以用来达到这样的效果。 （您也许可以使用 setitimer() 和 getitimer() 代替 usleep()。）

所有这些的困难在于你要么是同步的（你不能在工作的同时继续工作）等待信号到达）或未发送信号。我没有立即看到 POSIX 亚秒级警报机制，该机制允许您在等待超时时继续工作。

Answer 2

我不确定这是否是您的问题，但在信号处理程序中使用 fprintf 并不安全。例如，信号可能在 fprintf 本身内部引发，这可能会导致意外行为。或者，fprintf 可能正在分配一些内存，并且在 malloc 运行时捕获了信号。这种事情会产生看似随机的死锁和剧烈的崩溃。

在信号处理程序内进行复杂计算的安全方法是让信号处理程序更改已运行的事件循环的状态，或类似的操作。或者，对于您的具体问题，正如其他人建议的那样，避免使用信号并使用更直接的睡眠呼叫。

Answer 3

对你的问题的简短回答是肯定的。即使它们附加的进程正忙于进行计算或某种类型的 io/等待，它们仍然可以工作。唯一的限制是该进程不会更改并使用 SIGALRM 本身，这会导致问题。当信号到达时，进程/线程的正常执行被挂起并调用信号处理程序。这就是信号处理的整体思想以及它被称为异步的原因。

你的问题的较长答案是否定的。您不想通过信号处理程序机制实现进度报告，因为您可以在信号处理程序中使用的 API 非常有限。确切地说，您提到的示例是错误的，因为它使用fprintf(3)。正如其中一个答复信号中所述，信号是异步的。这意味着，如果信号到达调用 malloc(3) 的主代码中间，并且您的代码也调用 malloc(3) （您永远无法要知道，printf(3) 可能会调用 malloc(3) 来进行缓冲和其他需求），那么您将破坏 malloc 自己的内部数据结构并导致程序出错。您甚至可能在调用自己的非异步安全函数时遇到问题。您有一个可以在信号处理程序内部调用的安全函数列表，您可以在异步信号安全函数下的man 7 signal中找到这些函数。所以，是的，从技术上讲，只要您愿意使用这个简化的 API，您就可以通过 alarm(3) 实现进度报告，这就是我不会这样做的原因，除非程序是单线程的设计，除非我真的没有办法看到进度报告代码受到未来增强的影响，这将使其很难在信号处理程序中编写。

关于您的示例的另一个问题是 alarm(2) 不接受亚秒参数，上面的示例应该完全编译失败，或者至少显示一些有关该事实的警告。

对于微秒分辨率，您可以将 setitimer(2) 与 ITIMER_REAL 一起使用，如前所述。

对于 Linux 上的纳秒分辨率，您可以使用 timer_create(2)、CLOCK_REALTIME、SIGEV_SIGNAL 和 timer_settime(2)还有更多功能。

这是一些示例代码。请注意，这使用了我自己的错误处理宏。您可以在此项目中看到它处于可编译状态 演示Linux

#include <signal.h> // for signal(2), SIG_ERR
#include <unistd.h> // for alarm(2), write(2)
#include <stdlib.h> // for EXIT_SUCCESS
#include <err_utils.h>  // for CHECK_NOT_M1(), CHECK_NOT_SIGT()
#include <stdio.h>  // for snprintf(3), STDERR_FILENO
/*
 * This is an example of doing progress reports via the SIGALRM signal every second.
 * The main code does a tight calculation loop and the progress reporting to stderr
 * (file descriptor 2) is done via the alarm signal handler.
 */

/*
 * The variables are global to allow the signal handler to access them easily
 * You DONT need to initialize them to 0 since that is the default.
 * The 'volatile' on i is *critical* since it will be accessed asynchronously
 * and the compiler needs to know not to put it in a register since that
 * will mean that we cannot report it's value correctly from the signal
 * handler.
 */
volatile unsigned long i;
/*
 * Remember that this is a signal handler and calls to fprintf(3) or the like
 * are forbidden so we are forced to use async-safe function (see man 7 signal).
 * That is the reason for the cumbersome code. Hopefully snprintf(3) is safe enough
 * to use.
 */
static void handler(int sig) {
    // we have to reschedule the SIGALRM every time since the alarm(2)
    // is a one time deal.
    CHECK_NOT_SIGT(signal(SIGALRM, handler), SIG_ERR);
    // no error code from alarm(2)
    alarm(1);
    char buf[100];
    int len=snprintf(buf, sizeof(buf), "did [%ld] units of work...\n", i);
    CHECK_NOT_M1(write(STDERR_FILENO, buf, len));
}

int main(int argc, char** argv, char** envp) {
    CHECK_NOT_SIGT(signal(SIGALRM, handler), SIG_ERR);
    // no error code from alarm(2)
    alarm(1);
    // a very long calculation
    while(true) {
        /* Do some real work here */
        i++;
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

Answer 4

如果您需要计时器的亚秒级分辨率，您可以使用第二个 posix 线程和 usleep

Answer 5

对于发送信号的亚秒定时器，您需要使用 POSIX setitimer(2) 函数。