信號量,中斷和時間

1、信號量,中斷和時間.doc - - 52 第 6 章 信號量，中斷和時間 信號量，中斷和時間 信號量（Signal）是進程間通訊（IPC）的一種形式——是一個進程給另一個進程發(fā)送信息的方法。 但是信息不可能很多——一個信號量不可能攜帶詳細的信息， 即使是傳送者的身份也不能被傳遞； 唯一能夠確定的事實是信號量的確被發(fā)送了。 （然而和經(jīng)典信號量不同，POSIX 實時信號量允許傳送稍微多一點的信息。 ）實際上，信號量對于雙向通

2、訊是沒有用處的。還有，根據(jù)某些限定，信號量的接受者不必以任何方式作出響應(yīng)，甚至可以直接忽略大部分信號量。 雖然有這么多的限制，然而信號量仍然是一種功能強大的十分有用的機制——勿庸置疑，這是 Unix IPC 中使用最頻繁的機制。每當(dāng)進程退出或者廢棄一個空指針時，每當(dāng)使用Ctrl+C 鍵終止程序運行時，都要傳遞信號量。 第 9 章會更詳細的討論 IPC 機制。對于本章的討論來說，信號量的內(nèi)容就足夠討論了。正如在 Linux 內(nèi)核本身的代碼

3、注釋中所說明的一樣，中斷（Interrupt）對于內(nèi)核來說和信號量是類似的。 中斷一般都是從磁盤之類的硬件設(shè)備送往內(nèi)核， 用以提示內(nèi)核該設(shè)備需要加以注意。一個重要的硬件中斷源就是定時器設(shè)備，它周期性地通知內(nèi)核已經(jīng)通過的時間。如同第 5 章中闡述的一樣，中斷也可以由用戶進程通過軟件產(chǎn)生。 在本章中，我們首先討論一下 Linux 中信號量和中斷的實現(xiàn)，最后再瀏覽一下 Linux 的時間處理方式。 雖然內(nèi)核對代碼的要求標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格， 本章所涉

4、及的代碼仍然特別清晰明白。 本章使用的一般方法是首先介紹相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和它們之間的關(guān)系， 接下來討論操縱和查詢它們的函數(shù)。 鎖的概述 鎖的概述 鎖的基本思想是限制對共享資源的訪問——共享資源包括共享的文件，共享的內(nèi)存片，以及在一次只能由一個 CPU 執(zhí)行的代碼段。概括的說，在單處理器上運行的 Linux 內(nèi)核并不需要鎖，這是因為在編寫 Linux 內(nèi)核時就已經(jīng)注意到要盡量避免各種可能需要鎖的情況了。但是，在多處理器機器上，一個處理器有時

5、需要防止其它處理器對它的有害的介入。 include/asm-i386/spinlock.h 文件（從 12582 行開始）并不使用難看的#ifdef 把所有對鎖函數(shù)的調(diào)用封裝起來，它包含一系列對單處理器平臺（UP）基本為空的宏，然而在多處理器平臺（SMP）上這些宏將展開成為實際代碼。因而內(nèi)核的其它代碼對 UP 和 SMP（當(dāng)涉及到這種特性時）都是相同的，但是它們兩個的效果卻是迥然不同的。 第 10 章中涉及 SMP 的部分會對鎖做深入

6、的介紹。 但是， 由于你在代碼中將到處都能夠看到對鎖宏的調(diào)用， 特別是在本章所討論到的代碼中這一點尤為明顯， 所以你應(yīng)該首先對宏的用途有初步了解——以及為什么現(xiàn)在在大多數(shù)情況下我們都可以安全地將其忽略 （我們將在討論的過程中對其中的異常情況進行說明） 。 信號量 信號量 Linux 內(nèi)核將信號量分為兩類： ? 非實時的 （Nonrealtime） ——大部分是些傳統(tǒng)的信號量， 例如 SIGSEGV， SIGHUP信號量,中斷和時間.d

7、oc - - 54 12167：sa_flags 進一步調(diào)整信號量處理代碼所完成的工作?？赡艿臉?biāo)志集合從 12108 行開始定義。這些標(biāo)志允許用戶代碼在信號量實例發(fā)送以后（或者保留用戶定制的操作時）請求恢復(fù)缺省操作，等等。這一點在宏定義塊前面的標(biāo)簽注釋中已經(jīng)說明了。 12168：sa_restorer 是本書中所沒有涉及的一些信號量處理代碼細節(jié)所使用的。 12169：sa_mask 是一系列其它信號量的集合，進程在處理這

8、些信號量的過程中可能需要進行鎖定。例如，如果一個進程在處理 SIGCHLD 的時候希望鎖定 SIGHUP 和SIGINT，進程的第 SIGCHLD 個 sa_mask 就會對與 SIGHUP 和 SIGINT 相關(guān)的位進行置位。 siginfo_t 11851：struct siginfo（也稱為 siginfo_t）是伴隨著信號量，特別是在實時信號量，所傳遞的額外信息。 11852：勿庸置疑，si_signo 是信號量的數(shù)目。 118

9、53：si_errno 應(yīng)該是信號量傳遞時傳送者的 errno 的值，這樣接收者就可以對它進行檢測。內(nèi)核本身并不關(guān)心這個值；當(dāng)在某些情況下需要設(shè)置這個值時，內(nèi)核將其設(shè)置為 0。我推測如果這樣，即使調(diào)用者沒有設(shè)置這個值，它們?nèi)匀粫l(fā)現(xiàn) si_error 的值被設(shè)為已知狀態(tài)。 11854：si_code 記錄了信號量的來源（不是發(fā)送者的進程 ID 號，也就是 PID——它在別處記錄） 。有效的信號量來源在 11915 行及其隨后部分使用宏進

10、行了定義。 11856：該結(jié)構(gòu)的最后一部分是 union 類型的；該 union 類型依賴于 si_code 的值。 11857：union 的第一部分是_pad，它將 siginfo_t 的長度擴展填充為 128*sizeof（int）字節(jié)（在 x86 平臺上一共是 512 個字節(jié)） 。留意一下這個數(shù)組的大小，也就是SI_PAD_SIZE （11849 行） ， 代表了該結(jié)構(gòu)的前三個成員——如果增加了更多的成員，SI_PAD_SIZE

11、 就需要進行相應(yīng)修改。 struct signal_queue 17132：struct signal_queue 結(jié)構(gòu)用來確保所有的實時信號量都被正確傳送了，如果可能，每一個都包含著額外信息（siginfo_t） 。如同后面你將會看到的一樣，內(nèi)核會為每個進程都設(shè)置一個隊列，用來存放該進程的掛起的實時信號量。這個隊列類型本身很小，僅僅由一個指向下一個節(jié)點的指針和 siginfo_t 本身組成。 應(yīng)用函數(shù) 應(yīng)用函數(shù) 有關(guān)信號量的一個最重要

12、的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是 sigset_t，它是由一系列在 include/linux/signal.h文件中定義的簡單函數(shù)所操縱的， 這些函數(shù)的定義從 17123 行開始。 在 x86 平臺上， 這些相同的函數(shù)可以——而且已經(jīng)——使用匯編語言更加有效的實現(xiàn)了；這些更高效的版本從12204 行開始。 （m68k 端口是唯一一個例外的端口，它使用體系結(jié)構(gòu)特有的代碼實現(xiàn)。 ）由于平臺無關(guān)的版本和 x86 特有的版本都很重要，我們會對兩者都加以介紹。 平