《信号量,中断和时间.doc

第6章 信号量，中断和时间 信号量（Signal）是进程间通讯（IPC）的一种形式——是一个进程给另一个进程发送信息的方法。但是信息不可能很多——一个信号量不可能携带详细的信息，即使是传送者的身份也不能被传递；唯一能够确定的事实是信号量的确被发送了。（然而和经典信号量不同，POSIX实时信号量允许传送稍微多一点的信息。）实际上，信号量对于双向通讯是没有用处的。还有，根据某些限定，信号量的接受者不必以任何方式作出响应，甚至可以直接忽略大部分信号量。 虽然有这么多的限制，然而信号量仍然是一种功能强大的十分有用的机制——勿庸置疑，这是Unix IPC中使用最频繁的机制。每当进程退出或者废弃一个空指针时，每当使用Ctrl+C键终止程序运行时，都要传递信号量。 第9章会更详细的讨论IPC机制。对于本章的讨论来说，信号量的内容就足够讨论了。 正如在Linux内核本身的代码注释中所说明的一样，中断（Interrupt）对于内核来说和信号量是类似的。中断一般都是从磁盘之类的硬件设备送往内核，用以提示内核该设备需要加以注意。一个重要的硬件中断源就是定时器设备，它周期性地通知内核已经通过的时间。如同第5章中阐述的一样，中断也可以由用户进程通过软件产生。 在本章中，我们首先讨论一下Linux中信号量和中断的实现，最后再浏览一下Linux的时间处理方式。 虽然内核对代码的要求标准非常严格，本章所涉及的代码仍然特别清晰明白。本章使用的一般方法是首先介绍相关的数据结构和它们之间的关系，接下来讨论操纵和查询它们的函数。 锁的概述 锁的基本思想是限制对共享资源的访问——共享资源包括共享的文件，共享的内存片，以及在一次只能由一个CPU执行的代码段。概括的说，在单处理器上运行的Linux内核并不需要锁，这是因为在编写Linux内核时就已经注意到要尽量避免各种可能需要锁的情况了。但是，在多处理器机器上，一个处理器有时需要防止其它处理器对它的有害的介入。 include/asm-i386/spinlock.h文件（从12582行开始）并不使用难看的#ifdef把所有对锁函数的调用封装起来，它包含一系列对单处理器平台（UP）基本为空的宏，然而在多处理器平台（SMP）上这些宏将展开成为实际代码。因而内核的其它代码对UP和SMP（当涉及到这种特性时）都是相同的，但是它们两个的效果却是迥然不同的。 第10章中涉及SMP的部分会对锁做深入的介绍。但是，由于你在代码中将到处都能够看到对锁宏的调用，特别是在本章所讨论到的代码中这一点尤为明显，所以你应该首先对宏的用途有初步了解——以及为什么现在在大多数情况下我们都可以安全地将其忽略（我们将在讨论的过程中对其中的异常情况进行说明）。 信号量 Linux内核将信号量分为两类： 非实时的（Nonrealtime）——大部分是些传统的信号量，例如SIGSEGV，SIGHUP和SIGKILL。 实时的（realtime）——由POSIX 1003.1b标准规定，它们同非实时信号量有细微的区别。特别是实时信号量具有进程可以配置的意义——就像是非实时信号量SIGUSR1和SIGUSR2一样——额外的信息能够和这些信号量一起传送。它们也会排队，因此如果在第一个信号量处理完成之前有多个信号量实例到达，所有的信号量都能够被正确传送；这对于非实时信号量则是不可能的。 在第7章中我们将会对实时性对于Linux内核的意义进行更详细的介绍——特别是实时性所不能够说明的内容。 信号量数目的宏定义从12048行开始。实时信号量的数目在SIGRTMIN和SIGRTMAX（分别在12087行和12088行）所定义的范围之内。 数据结构 本节讨论信号量代码使用的最重要的数据结构。 sigset_t 12035：sigset_t表示信号量的集合。根据使用地点的不同，它的意思也不同——例如，它可能记录着正在等待某一个进程的信号量（如16425行struct task_struct的signal成员）的集合，也可能是某个进程已经请求阻塞了的信号量（如同一行中定义的同一结构的blocked成员）的集合。随着本书的进行，我们会逐渐看到这些类似的应用。 12036：sigset_t的唯一一个组成部分是一组unsigned long（无符号长整型数），其中的每一位都代表一个信号量。注意到无符号长整型类型在整个内核代码中是作为一个字来处理的，这和你所希望的可能有所出入——即使是在当前x86 CPU的讨论中，有时候字也被用于说明16位类型。由于Linux是一个真32位操作系统，将32位看作是一个字在绝大多数情况下是正确的。（将Linux称为真32位操作系统也有一些不准确，因为在64位CPU上它也是一个真64位操作系统。） 这个数组的大小_NSIG_WORDS在12031行直接计算。（