在另一篇文章Linux訊號中，介紹了訊號的產生與處理方式，以及一系列訊號集函式的使用。
本文使用訊號機制，模擬實現sleep函式並瞭解競態條件。

在此之前先介紹一波需要用到的函式。

sigaction函式

#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

可以讀取和修改於指定訊號相關聯的處理動作。
引數 signnum 為指定訊號的編號。
若act指標非空，則根據 act 修改訊號的處理動作，oldact可以為空，或者傳出原來的處理動作。act和oldact都指向下面的結構體：

struct sigaction
{
    void    (*sa_handler) (int) // 訊號處理函式  SIG_IGN 表示忽略 SIG_DFL 表示預設動作
    sigset_t sa_mask;  // 額外要遮蔽訊號集
    int     sa_flags;  // 一般為0
    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 實時訊號處理函式
}

當某個訊號的處理函式被呼叫時，核心自動將當前訊號加入程序的訊號遮蔽字，當訊號處理函式返回時自動恢復原來的訊號遮蔽字。保證在處理某個訊號時，如果這種訊號再次產生，那麼它會被阻塞到當前處理結束為止。如果在調動訊號處理函式時，還需要遮蔽別的訊號，則可以通過sa_mask 指定。

pause 函式

#include <unistd.h>
int pause(void);

掛起呼叫程序直到有訊號遞達。 如果訊號的處理動作是終止程序，則程序終止。如果訊號的處理動作是忽略，則程序繼續處於掛起狀態。只有訊號的處理動作是捕捉pause函式才會返回。

mysleep1

首先來實現 sleep 版本1：
1. 呼叫sigaction()捕捉訊號SIGALRM
2. 呼叫alarm()設定鬧鐘
3. 呼叫pause() 掛起等待
4. 取消鬧鐘
5. 恢復捕捉動作

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 


// 什麼事情也不做
void handler(int signum)
{}


unsigned  mysleep(unsigned seconds)
{
    // 1. 捕捉訊號 SIGALRM
    struct sigaction act, oldact;
    act.sa_handler = handler;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaction(SIGALRM, &act, &oldact); // 設定act 並傳出原來的act

    // 2. 設定鬧鐘
    alarm(seconds);

    // 3. 掛起等待訊號遞達 
    pause();

    // 4. 取消鬧鐘
    unsigned ret = alarm(0);

    // 恢復捕捉
    sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL);

    return ret;
}

int main()
{
    while(1)
    {
        printf(" 我正在睡覺 zzz \n");
        mysleep(1);
    }
    return 0;
}

關於mysleep1有幾個問題：

Q1：訊號處理函式handler函式什麼都不幹，為什麼還要註冊它作為SIGALRM的處理函式？不註冊訊號處理函式可以嗎*？

答：不可以。因為pause(） 函式使程序掛起等待，直到有訊號遞達並且要執行自定義的訊號處理函式才有機會返回。

Q2：為什麼在mysleep函式返回前要恢復SIGALRM訊號原來的sigaction？

答：main函式作為呼叫者只想睡一下覺，沒叫你在它睡覺的時候把它打的鼻青臉腫的，所以呼叫之前什麼樣就給恢復成什麼樣子。

Q3：mysleep函式的返回值表示什麼含義？ 什麼情況下返回非0值？
答：mysleep 返回值表示鬧鐘剩餘時間。 在取消鬧鐘時，上一個鬧鐘返回為0時。

mysleep2

重新審視上面程式碼，會發現有一個bug，假如在設定鬧鐘後，出現大量優先順序較高的程序需要執行，測試該程序就會被切出去，即CPU資源被分配給了別的程序，如果時間很長的話，當該程序再次或者CPU資源的時候，鬧鐘時間已過，而pause永遠不會返回。

出現這個問題的原因是系統執行程式碼的時序是不確定的。如果在寫程式時考慮不周密，可能由於時序問題而導致錯誤，這叫做競態條件（Race Condition）。

我們可以在設定鬧鐘之前，遮蔽訊號 SIGALRM, 在讓程序掛起時，解除對該程序的遮蔽，然後在讓程序掛起等待訊號遞達。可以利用 sigsuspend函式 幫我們圓夢。

#include <signal.h>
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);

和pause 函式一樣，該函式沒有成返回值，只有執行一個訊號處理函式之後，才會返回。

呼叫sigsuspend時，程序的訊號遮蔽字由sigmask引數指定，可以通過指定sigmask來臨時解除對某個訊號的遮蔽，然後掛起等待，返回時，程序的訊號遮蔽字恢復為原來的值。

下面的從新實現的mysleep2:
1. 捕捉SIGALRM訊號
2. 遮蔽SIGALRM訊號，讓該訊號處於未決狀態，直接解除對該訊號的遮蔽
3. 呼叫alarm() 設定鬧鐘
4. 呼叫sigsuspend( )臨時解除型號，並掛起等待執行完訊號處理函式返回
5. 取消鬧鐘
6. 恢復訊號捕捉
7. 恢復訊號遮蔽

#include <stdio.h>
#include <signal.h>

// 什麼事情也不做
void handler(int signum)
{}

unsigned mysleep(unsigned seconds)
{
    struct sigaction act, oldact;
    sigset_t newmask, oldmask, suspmask;
    // 1. 訊號捕捉
    act.sa_handler = handler;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaction(SIGALRM, &act, &oldact);

    // 2. 訊號遮蔽
    sigemptyset(&newmask);
    sigaddset(&newmask, SIGALRM);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);

    // 3. 設定鬧鐘
    alarm(seconds);

    // 4. 臨時解除遮蔽並掛起等待
    suspmask = oldmask;
    sigdelset(&suspmask, SIGALRM); // 確保SIGALRM 不會被阻塞
    sigsuspend(&suspmask);
    // 5. 取消鬧鐘
    unsigned ret = alarm(0);

    // 6. 恢復捕捉動作
    sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL);

    // 7. 恢復訊號遮蔽
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);
    return ret;
}

int main()
{
    while(1)
    {
        printf("我正在睡覺。。\n");
        mysleep(1);
    }
    return 0;
}