学习到了 常用函数 system

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2024-05-26 08:24:54 +08:00
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219
C16-并发/C16-并发.md Normal file
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@@ -0,0 +1,219 @@
# 并发
- 同步
- 异步:到来的时刻不确定
异步事件的处理:
1. 查询法:事件发生的频率高,查询方式复杂
2. 通知法:事件发生的频率低,通知方式简单
## 信号(初步异步)
### 信号的概念
>
> 信号是软件中断。
信号的响应依赖于中断。
```bash
kill -l # 查看信号列表
```
`core`文件:错误现场的保存。
对于个人用户,默认`core`文件大小为0可通过`ulimit -c`设置。
### `signal()`函数
```c
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
/**
* signal - 设置信号处理函数
* @signum: 信号编号
* @handler: 信号处理函数
*
* 返回值:原信号处理函数
*/
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
//* 不使用typedef, 直接声明函数原型
void (*signal(int signum,void (*func)(int)))(int);
// void (*signal(...))这表示signal函数的返回类型是一个指向函数的指针该函数返回类型为void。
// (int signum, void (*func)(int))这是signal函数的参数列表其中signum是一个整数类型的参数func是一个指向参数为整数类型、返回类型为void的函数的指针。
// (int):这个函数指针所指向的函数接受一个整数类型的参数。
```
**信号会打断阻塞的系统调用。**
`write``read``open``fork`等系统调用都可能被信号打断。
故要判断返回值是不是`EINTR`,如果是,则表示信号被打断,需要重新调用。
### 信号的不可靠
在 Linux 中信号被用来通知进程发生了某些事件例如终端用户按下了中断键Ctrl+C或者一个进程运行时间过长等。但是信号被称为“不可靠”的主要是因为以下几个原因
1. **丢失信号**:在传统的 Unix 实现中,同一种信号类型如果在处理前多次发生,可能会被合并,只传递一次。这意味着除了第一次之外的其他信号都会被丢弃。例如,如果一个程序几乎同时收到两个 `SIGINT` 信号,它可能只能感知到一个。
2. **不可预测的顺序**:如果多个不同的信号几乎同时到达,它们被递送到进程的顺序可能与实际发生的顺序不同,这会使得程序的行为难以预测。
3. **中断系统调用**:在早期的 Unix 系统中,当信号被捕获时,正处于阻塞状态的系统调用(如 read, write, select 等)可能会被中断并提前返回,这常常需要额外的错误处理逻辑来重新发起系统调用。
4. **异步性**信号是异步的这意味着它们可以在程序执行的任何时刻到达。如果信号处理函数signal handler不够简单它可能在执行程序的中间阶段被调用而此时程序可能处于一个不一致的状态。因此信号处理函数需要非常小心地编写通常只能执行异步信号安全的函数。
为了克服信号的不可靠性,现代操作系统和库引入了新的机制,比如 `sigaction` API 允许更精细的控制信号处理,以及使用 `pselect``epoll` 等函数的组合来避免系统调用被中断的问题。此外,一些高级语言或框架提供了更高层次的抽象,使得信号处理变得更为安全和可靠。
### 可重入函数
所有的系统调用都是可重入的,一部分库函数也是可重入的,比如`memcpy`
### 信号的响应过程
每个进程至少两个位图,`mask``pending`一般都是32位的。
`mask`是当前进程阻塞的信号集合,`pending`是当前进程收到的信号集合。
`mask && pending`得到的是当前进程需要处理的信号集合。
信号从收到到响应有一个不可避免的延迟。
标准信号的响应没有严格的顺序。
屏蔽信号就是通过`mask`置位来屏蔽信号。
M P
1 0 常规状态
收到信号,未处理
1 1
从内核态回用户态M & P = 1处理信号
0 0
处理信号前M和P都置0
响应完后M置1再次对M & P进行判断。
有则重复无则将M置1回到常规状态。
1 0
### 常用函数
```c
/**
* kill - 向进程发送信号
* @param: pid: 进程ID:
* >0 : 进程ID
* =0 : 进程组ID (组内广播)
* =-1: 给当前进程有权限发信号的所有进程 (除了init进程)
* < -1: 发送给|pid|的进程 (eg. -5 就发送给 5号进程)
*
* @note:
* 这里的pid用法可以联系
* pid_t waitpid(int pid, int *status, int options)
*
* @param: sig: 信号编号
* =0 : 不发送信号error check用于检测一个进程或者进程组是否存在
*
* 返回值成功返回0失败返回-1并设置errno
* errno:
* EINVAL : 参数错误
* EPERM : 无权限发送信号
* ESRCH : 进程不存在
*/
int kill(pid_t pid, int sig);
/**
* raise - 发送信号给当前进程
* @sig: 信号编号
*
* 返回值成功返回0失败返回非零
*/
int raise(int sig);
kill(getpid(), SIGINT); // 等价
pthread_kill(pthread_self(), SIGINT); // 多线程等价
/**
* alarm - 设置闹钟
* @param: seconds: 闹钟时间,单位为秒
*
* @note
* - 闹钟时间到时会发送SIGALRM信号给当前进程。
* - 有的平台 sleep 是 alarm + pause 实现的
* 这时sleep和alarm在同一个程序中会冲突
* - 流量控制的基础
*
* @eg: 使用单一计时器,构造一组函数,实现任意数量的定时器
* 用到 alarm 或 setitimer
* TODO
*
* 返回值成功返回0失败返回非零
*/
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
/**
* pause - 挂起进程
*
* @note: 挂起进程,直到收到信号或被唤醒
*/
int pause(void);
/**
* abort - 终止进程
*
* @note: 终止进程立即退出不执行清理函数得到core文件
*/
void abort(void);
/**
* system - 执行系统命令
* @param: command: 命令字符串
* @note: 执行系统命令,阻塞当前进程,直到命令执行完毕
* ! 需要 block SIGCHLD 并且 ignore SIGINT SIGQUIT
* @return: 命令执行的返回值
*/
int system(const char *command);
sleep();
```
### 信号集
### 信号屏蔽字/`pending`的处理
### 扩展
```c
sigsuspend();
sigaction();
/**
* setitimer - 设置定时器
* @param: which: 定时器类型
* ITIMER_REAL : 实时定时器
* ITIMER_VIRTUAL : 虚拟定时器
* ITIMER_PROF : 进程计时器
* @param: new_value: 新的定时器值
* @param: old_value: 旧的定时器值
*
* @note: 原子赋值,比 alarm 更精细
*
* @return成功返回0失败返回-1并设置errno
*/
int setitimer(int which,
const struct itimerval *new_value,
struct itimerval *old_value);
// 在it_value之后第一次启动
// 后续以it_interval为间隔启动
struct itimerval {
struct timeval it_interval; /* next value */
struct timeval it_value; /* current value */
};
struct timeval {
time_t tv_sec; /* seconds */
suseconds_t tv_usec; /* microseconds */
};
/**
```
### 实时信号
## 线程(强烈异步)

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@@ -0,0 +1,25 @@
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
/***********************************************************************
* @brief 使用time函数实现计时功能
* @param argc
* @param argv
* @return int
***********************************************************************/
int main(int argc, char **argv)
{
time_t end;
long long count = 0;
end = time(NULL) + 5;
while (time(NULL) <= end)
count++;
printf("%lld\n", count);
exit(0);
}

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@@ -0,0 +1,35 @@
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//!!! 不加volatile关键字loop变量的值不会被修改导致死循环!!!
static volatile int loop = 1;
static void alrm_handler(int sig)
{
loop = 0;
}
/***********************************************************************
* @brief 用sig实现计时
* @param argc
* @param argv
* @return int
***********************************************************************/
int main(int argc, char **argv)
{
long long count = 0;
//!!!
signal(SIGALRM, alrm_handler);
alarm(5);
//!!! signal注册时钟信号的行为需要在alarm之前
while (loop)
count++;
printf("%lld \n", count);
exit(0);
}

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@@ -0,0 +1,20 @@
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv)
{
alarm(10);
alarm(1);
alarm(5);
// alarm(10);
// alarm(5);
// alarm(1);
// 效果不一样
for (;;)
pause();
exit(0);
}

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@@ -0,0 +1,35 @@
# 方便起见一般都会先定义编译器链接器
CC = gcc
LD = gcc
# 正则表达式表示目录下所有.c文件相当于SRCS = main.c a.c b.c
SRCS = $(wildcard *.c)
# OBJS表示SRCS中把列表中的.c全部替换为.o相当于OBJS = main.o a.o b.o
OBJS = $(patsubst %c, %o, $(SRCS))
# 可执行文件的名字
TARGET = main
# .PHONE伪目标具体含义百度一下一大堆介绍
.PHONY:all clean
# 要生成的目标文件
all: $(TARGET)
LDFLAGS=-L/usr/local/lib
# LDLIBS=-lqueue -lllist
# 第一行依赖关系冒号后面为依赖的文件相当于Hello: main.o a.o b.o
# 第二行规则:$@表示目标文件,$^表示所有依赖文件,$<表示第一个依赖文件
$(TARGET): $(OBJS)
$(LD) $(LDFLAGS) -o $@ $^ $(LDLIBS)
# 上一句目标文件依赖一大堆.o文件这句表示所有.o都由相应名字的.c文件自动生成
%.o:%.c
$(CC) -c $^
# make clean删除所有.o和目标文件
clean:
rm -f $(OBJS) $(TARGET)

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@@ -0,0 +1,47 @@
#ifndef __ANYTIMER__H__
#define __ANYTIMER__H__
#define JOB_MAX 1024
typedef void at_jobfunc_t(void *);
/********************************************************************
* @brief 创建定时器
* @details
* @param sec
* @param jobp
* @param arg
* @return int
* >= 0 成功返回定时器ID
* == -EINVAL 失败,参数错误
* == -ENOMEM 失败,内存不足
* == -ENOSPC 失败,数组满
********************************************************************/
int at_addjob(int sec, at_jobfunc_t *jobp, void *arg);
/********************************************************************
* @brief 取消定时器
* @details
* @param id
* @return int
* == 0 成功,定时器已取消
* == -EINVAL 失败,参数错误
* == -EBUSY 失败,指定任务已完成
* == -ECANCELED 失败,定时器重复取消
********************************************************************/
int at_canceljob(int id);
/*********************************************************************
* @brief 回收任务
* @details
* @param id
* @return int
* == 0 成功,任务已回收
* == -EINVAL 失败,参数错误
********************************************************************/
int at_waitjob(int id);
int at_pausejob(int id);
int at_resumejob(int id);
#endif //!__ANYTIMER__H__

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@@ -0,0 +1,40 @@
#include "anytimer.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
static void f1(void *p)
{
printf("f1():%s\n", (char *)p);
}
static void f2(void *p)
{
printf("f1():%s\n", (char *)p);
}
int main(int argc, char **argv)
{
int job1;
puts("Begin!");
job1 = at_addjob(5, f1, "aaa");
if (job1 < 0)
{
fprintf(stderr, "at_addjob() failed!:%s\n", strerror(-job1));
exit(1);
}
puts("End!");
while (1)
{
write(1, ".", 1);
sleep(1);
}
exit(0);
}

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@@ -0,0 +1,94 @@
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define BUFSIZE 1024
/**
* 可以用 time 命令找到 BUFSIZE 最佳值
*
* time ./mycpy /etc/services /tmp/out
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int sfd, dfd;
char buf[BUFSIZE];
int len, ret, pos;
if (argc < 3)
{
fprintf(stderr, "Usage: %s <src> <dst>\n", argv[0]);
exit(1);
}
do //!!!
{
sfd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (sfd < 0)
{
//!!!
if (errno != EINTR)
{
perror("open");
exit(1);
}
}
} while (sfd < 0);
do //!!!
{
dfd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0600);
if (dfd < 0)
{
// !!!
if (errno != EINTR)
{
close(sfd);
perror("open");
exit(1);
}
}
} while (dfd < 0);
while (1)
{
len = read(sfd, buf, BUFSIZE);
if (len < 0)
{
//!!!
if (EINTR == errno)
continue;
perror("read");
break;
}
if (len == 0)
break;
pos = 0;
while (len > 0)
{
/* 可能没写完被别的中断打断 */
ret = write(dfd, buf + pos, len);
if (ret < 0)
{
//!!!
if (EINTR == errno)
continue;
perror("write");
exit(1);
}
pos += ret;
len -= ret;
}
}
close(dfd);
close(sfd);
exit(0);
}

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@@ -0,0 +1,35 @@
# 方便起见一般都会先定义编译器链接器
CC = gcc
LD = gcc
# 正则表达式表示目录下所有.c文件相当于SRCS = main.c a.c b.c
SRCS = $(wildcard *.c)
# OBJS表示SRCS中把列表中的.c全部替换为.o相当于OBJS = main.o a.o b.o
OBJS = $(patsubst %c, %o, $(SRCS))
# 可执行文件的名字
TARGET = main
# .PHONE伪目标具体含义百度一下一大堆介绍
.PHONY:all clean
# 要生成的目标文件
all: $(TARGET)
LDFLAGS=-L/usr/local/lib
# LDLIBS=-lqueue -lllist
# 第一行依赖关系冒号后面为依赖的文件相当于Hello: main.o a.o b.o
# 第二行规则:$@表示目标文件,$^表示所有依赖文件,$<表示第一个依赖文件
$(TARGET): $(OBJS)
$(LD) $(LDFLAGS) -o $@ $^ $(LDLIBS)
# 上一句目标文件依赖一大堆.o文件这句表示所有.o都由相应名字的.c文件自动生成
%.o:%.c
$(CC) -c $^
# make clean删除所有.o和目标文件
clean:
rm -f $(OBJS) $(TARGET)

View File

@@ -0,0 +1,99 @@
#include "mytbf.h"
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#define CPS 10
#define BUFSIZE 1024
#define BURST 100 //!! token上限
int main(int argc, char **argv)
{
int sfd, dfd = 1;
char buf[BUFSIZE];
int len, ret, pos;
int size;
mytbf_t *tbf;
if (argc < 2)
{
fprintf(stderr, "Usage: %s <src>\n", argv[0]);
exit(1);
}
tbf = mytbf_init(CPS, BURST);
if (NULL == tbf)
{
fprintf(stderr, "mytbf_init failed\n");
exit(1);
}
do //!!!
{
sfd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (sfd < 0)
{
//!!!
if (errno != EINTR)
{
perror("open");
exit(1);
}
}
} while (sfd < 0);
while (1)
{
size = mytbf_fetchtoken(tbf, BUFSIZE);
if (size < 0)
{
fprintf(stderr, "mytbf_fetchtoken failed: %s\n", strerror(errno));
}
//* 阻塞在这里的时候token会自增
while ((len = read(sfd, buf, size)) < 0)
{
//!!!
if (EINTR == errno)
continue;
perror("read");
break;
}
if (len == 0)
break;
if (size - len > 0)
mytbf_returntoken(tbf, size - len);
pos = 0;
while (len > 0)
{
/* 可能没写完被别的中断打断 */
ret = write(dfd, buf + pos, len);
if (ret < 0)
{
//!!!
if (EINTR == errno)
continue;
perror("write");
exit(1);
}
pos += ret;
len -= ret;
}
// sleep(1); //! 能实现,但是移植性不好
}
close(sfd);
mytbf_destroy(tbf);
exit(0);
}

View File

@@ -0,0 +1,155 @@
/***********************************************************************
* @file mytbf.c
* @brief
* 令牌桶库实现
*
* @author lzy (lllzzzyyy@buaa.edu.cn)
* @url https://lzyyyyyy.fun
*
* @date 2024-05-26
*
***********************************************************************/
#include "mytbf.h"
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
struct mytbf_st
{
int cps;
int burst;
int token;
int pos;
};
static struct mytbf_st *job[MYTBF_MAX];
static int inited = 0;
static __sighandler_t alrm_handler_save; //!!! 保存原来的alarm行为
static int get_free_pos()
{
int i;
for (i = 0; i < MYTBF_MAX; i++)
{
if (NULL == job[i])
return i;
}
return -1;
}
static void alrm_handler(int s)
{
int i;
alarm(1);
for (i = 0; i < MYTBF_MAX; i++)
{
if (NULL != job[i])
{
job[i]->token += job[i]->cps;
if (job[i]->token > job[i]->burst)
job[i]->token = job[i]->burst;
}
}
}
static void module_unload()
{
int i;
signal(SIGALRM, alrm_handler_save);
alarm(0);
for (i = 0; i < MYTBF_MAX; i++)
free(job[i]);
}
static void module_load()
{
alrm_handler_save = signal(SIGALRM, alrm_handler);
alarm(1);
atexit(module_unload); //!!! atexit()
}
mytbf_t *mytbf_init(int cps, int burst)
{
struct mytbf_st *me;
int pos;
if (!inited)
{
module_load();
inited = 1;
}
pos = get_free_pos();
if (pos < 0)
return NULL;
me = malloc(sizeof(*me));
if (NULL == me)
return NULL;
me->cps = cps;
me->burst = burst;
me->token = 0;
me->pos = pos;
job[pos] = me;
return me;
}
static int min(int a, int b)
{
return a < b ? a : b;
}
int mytbf_fetchtoken(mytbf_t *ptr, int size)
{
if (size <= 0)
return -EINVAL;
struct mytbf_st *me = ptr;
int n;
while (me->token <= 0)
pause();
n = min(size, me->token);
me->token -= n;
return n;
}
int mytbf_returntoken(mytbf_t *ptr, int size)
{
if (size <= 0)
return -EINVAL;
struct mytbf_st *me = ptr;
me->token += size;
if (me->token > me->burst)
me->token = me->burst;
return size;
}
int mytbf_destroy(mytbf_t *ptr)
{
struct mytbf_st *me = ptr;
job[me->pos] = NULL;
free(ptr);
return 0;
}

View File

@@ -0,0 +1,26 @@
/***********************************************************************
* @file mytbf.h
* @brief
* 令牌桶库
*
* @author lzy (lllzzzyyy@buaa.edu.cn)
* @url https://lzyyyyyy.fun
*
* @date 2024-05-26
*
***********************************************************************/
#ifndef __MYTBF__H__
#define __MYTBF__H__
#define MYTBF_MAX 1024
typedef void mytbf_t;
mytbf_t *mytbf_init(int cps, int burst);
int mytbf_fetchtoken(mytbf_t *, int);
int mytbf_returntoken(mytbf_t *, int);
int mytbf_destroy(mytbf_t *);
#endif //!__MYTBF__H__

View File

@@ -0,0 +1,108 @@
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#define CPS 10
#define BUFSIZE CPS
static volatile int loop = 0;
static void alrm_handler(int s)
{
// alarm(1); //!! 产生新的alarm
loop = 1;
}
/***********************************************************************
* @brief slowcat
* @details 流量控制,漏筒实现
* @param argc
* @param argv
* @return int
***********************************************************************/
int main(int argc, char **argv)
{
int sfd, dfd = 1;
char buf[BUFSIZE];
int len, ret, pos;
struct itimerval itv;
if (argc < 2)
{
fprintf(stderr, "Usage: %s <src>\n", argv[0]);
exit(1);
}
signal(SIGALRM, alrm_handler);
// alarm(1);
itv.it_interval.tv_sec = 1;
itv.it_interval.tv_usec = 0;
itv.it_value.tv_sec = 1;
itv.it_value.tv_usec = 0;
if (setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL) < 0)
{
perror("setitimer");
exit(1);
}
do //!!!
{
sfd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (sfd < 0)
{
//!!!
if (errno != EINTR)
{
perror("open");
exit(1);
}
}
} while (sfd < 0);
while (1)
{
while (!loop)
pause(); //!
loop = 0;
while ((len = read(sfd, buf, BUFSIZE)) < 0)
{
//!!!
if (EINTR == errno)
continue;
perror("read");
break;
}
if (len == 0)
break;
pos = 0;
while (len > 0)
{
/* 可能没写完被别的中断打断 */
ret = write(dfd, buf + pos, len);
if (ret < 0)
{
//!!!
if (EINTR == errno)
continue;
perror("write");
exit(1);
}
pos += ret;
len -= ret;
}
// sleep(1); //! 能实现,但是移植性不好
}
close(sfd);
exit(0);
}

View File

@@ -0,0 +1,102 @@
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define CPS 10
#define BUFSIZE CPS
#define BURST 100 //!! token上限
// static volatile int token = 0;
static volatile sig_atomic_t token = 0; //!!! 保证原子
static void alrm_handler(int s)
{
alarm(1); //!! 产生新的alarm
token++;
if (token > BURST)
token = BURST;
}
/***********************************************************************
* @brief slowcat
* @details 流量控制,令牌桶实现
* @param argc
* @param argv
* @return int
***********************************************************************/
int main(int argc, char **argv)
{
int sfd, dfd = 1;
char buf[BUFSIZE];
int len, ret, pos;
if (argc < 2)
{
fprintf(stderr, "Usage: %s <src>\n", argv[0]);
exit(1);
}
signal(SIGALRM, alrm_handler);
alarm(1);
do //!!!
{
sfd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (sfd < 0)
{
//!!!
if (errno != EINTR)
{
perror("open");
exit(1);
}
}
} while (sfd < 0);
while (1)
{
while (token <= 0)
pause(); //!
token--; //!!! 这条指令不一定原子
//* 阻塞在这里的时候token会自增
while ((len = read(sfd, buf, BUFSIZE)) < 0)
{
//!!!
if (EINTR == errno)
continue;
perror("read");
break;
}
if (len == 0)
break;
pos = 0;
while (len > 0)
{
/* 可能没写完被别的中断打断 */
ret = write(dfd, buf + pos, len);
if (ret < 0)
{
//!!!
if (EINTR == errno)
continue;
perror("write");
exit(1);
}
pos += ret;
len -= ret;
}
// sleep(1); //! 能实现,但是移植性不好
}
close(sfd);
exit(0);
}

View File

@@ -0,0 +1,26 @@
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
static void int_hander(int s)
{
write(1, "!", 1);
}
int main(int argc, char **argv)
{
int i;
//* ignore SIGINT
// signal(SIGINT, SIG_IGN);
signal(SIGINT, int_hander);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
write(1, "*", 1);
sleep(1);
}
exit(0);
}