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# 并发
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- 同步
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- 异步：到来的时刻不确定
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异步事件的处理：
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1. 查询法：事件发生的频率高，查询方式复杂
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2. 通知法：事件发生的频率低，通知方式简单
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## 信号（初步异步）
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### 信号的概念
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>
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> 信号是软件中断。
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信号的响应依赖于中断。
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信号的处理函数应该尽量短小，注意是否可重入问题。
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使用系统调用，不能轻易使用IO。
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```bash
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kill -l # 查看信号列表
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```
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`core`文件：错误现场的保存。
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对于个人用户，默认`core`文件大小为0，可通过`ulimit -c`设置。
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### `signal()`函数
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```c
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#include <signal.h>
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typedef void (*sighandler_t)(int);
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/**
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* signal - 设置信号处理函数
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* @param: signum 信号编号
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* @param: handler 信号处理函数
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*
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* 返回值：原信号处理函数
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*/
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sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
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//* 不使用typedef, 直接声明函数原型
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void (*signal(int signum,void (*func)(int)))(int);
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// 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。
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// (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。
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// (int)：这个函数指针所指向的函数接受一个整数类型的参数。
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```
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**信号会打断阻塞的系统调用。**
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`write`，`read`，`open`，`fork`等系统调用都可能被信号打断。
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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。
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### 信号的不可靠
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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：
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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。
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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。
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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。
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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。
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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` 或 `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。
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### 可重入函数
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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`
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### 信号的响应过程
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每个进程至少两个位图，`mask`和`pending`，一般都是32位的。
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`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。
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`mask && pending`得到的是当前进程需要处理的信号集合。
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信号从收到到响应有一个不可避免的延迟。
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标准信号的响应没有严格的顺序。
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屏蔽信号就是通过`mask`置位来屏蔽信号。
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M P
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1 0 常规状态
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收到信号，未处理
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1 1
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从内核态回用户态，M & P = 1，处理信号
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0 0
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处理信号前，M和P都置0
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响应完后，M置1，再次对M & P进行判断。
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有则重复，无则将M置1，回到常规状态。
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1 0
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不能从信号处理函数中随意的往外跳。（setjmp, longjmp）
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这样错过了将M置1的机会。
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标准：sigsetjmp, siglongjmp, 推出这俩来保存掩码情况。
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### 常用函数
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```c
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/**
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* kill - 向进程发送信号
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* @param: pid: 进程ID:
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* >0 : 进程ID
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* =0 : 进程组ID (组内广播)
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||
* =-1: 给当前进程有权限发信号的所有进程 (除了init进程)
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* < -1: 发送给|pid|的进程 (eg. -5 就发送给 5号进程)
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||
*
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* @note:
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* 这里的pid用法可以联系
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* pid_t waitpid(int pid, int *status, int options)
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||
*
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||
* @param: sig: 信号编号
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||
* =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
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||
*
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||
* 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置errno
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* errno:
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* EINVAL : 参数错误
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* EPERM : 无权限发送信号
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||
* ESRCH : 进程不存在
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*/
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int kill(pid_t pid, int sig);
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/**
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* raise - 发送信号给当前进程
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* @param: sig 信号编号
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||
*
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* 返回值：成功返回0，失败返回非零
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*/
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int raise(int sig);
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kill(getpid(), SIGINT); // 等价
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pthread_kill(pthread_self(), SIGINT); // 多线程等价
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/**
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||
* alarm - 设置闹钟
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* @param: seconds: 闹钟时间，单位为秒
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||
*
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||
* @note：
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* - 闹钟时间到时，会发送SIGALRM信号给当前进程。
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||
* - 有的平台 sleep 是 alarm + pause 实现的
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||
* 这时sleep和alarm在同一个程序中会冲突
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* - 流量控制的基础
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||
*
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* @eg: 使用单一计时器，构造一组函数，实现任意数量的定时器
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||
* 用到 alarm 或 setitimer
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||
*
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||
* 返回值：成功返回0，失败返回非零
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||
*/
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unsigned int alarm(unsigned int seconds);
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||
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||
/**
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||
* pause - 挂起进程
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||
*
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||
* @note: 挂起进程，直到收到信号或被唤醒
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||
*/
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||
int pause(void);
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||
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||
/**
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||
* abort - 终止进程
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||
*
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||
* @note: 终止进程，立即退出，不执行清理函数，得到core文件
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||
*/
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||
void abort(void);
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||
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||
/**
|
||
* system - 执行系统命令
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||
* @param: command: 命令字符串
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||
* @note: 执行系统命令，阻塞当前进程，直到命令执行完毕
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||
* ! 需要 block SIGCHLD 并且 ignore SIGINT SIGQUIT
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||
* @return: 命令执行的返回值
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||
*/
|
||
int system(const char *command);
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||
|
||
/**
|
||
* sleep - 休眠进程
|
||
* @param: seconds: 休眠时间，单位为秒
|
||
*
|
||
* @note: 休眠当前进程，直到指定的时间段结束
|
||
*
|
||
* @return: 剩余时间，单位为秒
|
||
*/
|
||
unsigned int sleep(unsigned int seconds);
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||
// 可以封装出sleep函数
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||
int nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem);
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||
int usleep(useconds_t usec);
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||
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
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||
```
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||
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||
### 信号集
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||
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||
```c
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||
struct sigset_t; // 信号集类型
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int sigemptyset(sigset_t *set);
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int sigfillset(sigset_t *set);
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||
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
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||
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
|
||
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
|
||
```
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||
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||
### 信号屏蔽字/`pending`的处理
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||
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||
```c
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||
/**
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||
* sigprocmask - 设置信号掩码
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||
* @param: how: 掩码操作类型
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||
* @param: set: 信号集指针
|
||
* @param: oldset: 旧的信号集指针
|
||
*/
|
||
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
|
||
|
||
/**
|
||
* sigpending - 获取未决信号集
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||
* @param: set: 信号集指针
|
||
* @note: 该函数获取当前进程的未决信号集
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||
* 该函数会清空pending信号集，并将其复制到set指向的信号集中。
|
||
* 该函数不修改信号掩码。
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||
*
|
||
* !!!: 没有使用场景，不推荐使用
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||
* 取到的信号是响应之前的信号，等取到的时候，情况可能已经变化。
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||
*/
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||
int sigpending(sigset_t *set);
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||
```
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||
### 扩展
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```c
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/**
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||
* sigwait - 等待信号
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||
*/
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int sigsuspend(const sigset_t *mask);
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||
/**
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||
* sigaction - 设置信号处理函数，替代signal
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||
* @param: signum: 信号编号
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||
* @param: act: 信号处理函数
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||
* @param: oldact: 旧的信号处理函数
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||
*
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||
* @note: signal无法区分信号来自user还是kernel
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||
* sigaction可以区分
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* 看siginfo_t.si_code可以区分
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||
*/
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int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
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||
struct sigaction {
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//！在某些结构, sa_handler和sa_sigaction只能有一个被设置
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||
//！因为他们是共用体
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void (*sa_handler)(int); /* 信号处理函数 */
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void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); /* 信号处理函数 */
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||
sigset_t sa_mask; /* 信号掩码 */
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||
int sa_flags; /* 信号标志 */
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void (*sa_restorer)(void); /* 信号状态恢复函数 */
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};
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/**
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* setitimer - 设置定时器，替代alarm
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* @param: which: 定时器类型
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* ITIMER_REAL : 实时定时器
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||
* ITIMER_VIRTUAL : 虚拟定时器
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||
* ITIMER_PROF : 进程计时器
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||
* @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,
|
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const struct itimerval *new_value,
|
||
struct itimerval *old_value);
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// 在it_value之后第一次启动
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||
// 后续以it_interval为间隔启动
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||
struct itimerval {
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||
struct timeval it_interval; /* next value */
|
||
struct timeval it_value; /* current value */
|
||
};
|
||
|
||
struct timeval {
|
||
time_t tv_sec; /* seconds */
|
||
suseconds_t tv_usec; /* microseconds */
|
||
};
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||
|
||
/**
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||
```
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### 实时信号
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查看信号
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- `kill -l`
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- `cat /usr/include/bits/signum-generic.h`
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1. 排队
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2. 不丢失
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此外都和标准信号一样
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## 线程（强烈异步）
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### 线程的概念
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会话-->进程-->线程
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一个正在运行的函数。
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`main`函数可以叫做main线程，不应该说主线程，线程之间平等。
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`posix`线程是一套标准，而不是实现。
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`openmp`线程。
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例如，线程标识: `pthread_t`, 具体类型怎么实现是不知道的
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在linux环境，可以通过`ps axm`或者`ps -ax -L`查看线程信息。
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发现线程消耗了进程号。
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```c
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#include <pthread.h>
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//* Compile and link with -pthread
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||
/**
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||
* 比较两个pthread_t是否相等
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* @param: t1: pthread_t
|
||
* @param: t2: pthread_t
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||
*
|
||
* @return: 相等返回非0，不相等返回0
|
||
*/
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||
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
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||
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||
/**
|
||
* 获取当前线程的pthread_t
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||
* @return: 当前线程的pthread_t
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*/
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||
pthread_t pthread_self(void);
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```
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||
### 线程的操作
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创建，终止，取消，栈的清理
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||
线程的调度取决于调度器策略。
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```c
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#include <pthread.h>
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||
// Compile and link with -pthread
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||
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||
/**
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||
* 创建线程
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* @param: thread: 线程ID指针
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||
* @param: attr: 线程属性指针
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||
* NULL: 默认属性
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||
* @param: start_routine: 线程函数指针
|
||
* void *(*)(void *)
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||
* @param: arg: 线程函数参数
|
||
*
|
||
* @return: 成功返回0，失败返回errCode
|
||
* 建议使用strerror而非perror
|
||
*/
|
||
int pthread_create(pthread_t * thread,
|
||
const pthread_attr_t *attr,
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||
void *(*start_routine)(void *),
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void *arg);
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```
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||
### 线程的同步
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### 线程属性，线程同步的属性
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||
### 重入，线程与信号，线程与`fork`
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