睡眠时信号处理比旋转慢？答案

【问题标题】：Signal handling slower when sleeping than spinning?睡眠时信号处理比旋转慢？
【发布时间】：2020-04-09 20:23:51
【问题描述】：

我试图理解为什么在主进程旋转时（while(1)）比睡眠时处理信号的速度更快。

我使用以下代码创建一个 500us 的一次性计时器（基于How to implement highly accurate timers in Linux Userspace?）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

#define NSEC_PER_SEC 1000000000L

#define timerdiff(a,b) (((a)->tv_sec - (b)->tv_sec) * NSEC_PER_SEC + \
(((a)->tv_nsec - (b)->tv_nsec)))

struct timespec prev;

void handler( int signo )
{
    struct timespec now;
    unsigned long diff;

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now);
    diff = timerdiff(&now, &prev);

    printf("%lu\n", diff);

    exit(0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i = 0;
    timer_t t_id;

    struct itimerspec tim_spec = {.it_interval= {.tv_sec=0,.tv_nsec=0},
                    .it_value = {.tv_sec=0,.tv_nsec=500000}};

    struct sigaction act;
    sigset_t set;

    sigemptyset( &set );
    sigaddset( &set, SIGALRM );

    act.sa_flags = 0;
    act.sa_mask = set;
    act.sa_handler = &handler;

    sigaction( SIGALRM, &act, NULL );

    if (timer_create(CLOCK_MONOTONIC, NULL, &t_id))
        perror("timer_create");

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &prev);

    if (timer_settime(t_id, 0, &tim_spec, NULL))
        perror("timer_settime");

#ifdef SLEEP
    while(1)
        sleep(1);
#else
    while(1);
#endif

    return 0;
}

如果代码在定义了 SLEEP 的情况下执行，我会执行 10 次：

如果未定义 SLEEP，代码将旋转，我会得到这些时间：

这样更好。

谁能解释一下？脱离睡眠比中断旋转循环慢？

它在 Intel 平台（8 核）上的 Linux 4.9 PREEMPT_RT 修补内核上尝试了此代码，系统处于空闲状态。

谢谢！

奥雷利安

【问题讨论】：

请注意，您不能从信号处理程序中安全地调用printf() 和exit()。每7.1.4 Use of library functions, p4：“标准库中的函数不能保证是可重入的，并且可能会修改具有静态或线程存储持续时间的对象。” Footnote 188 补充道：“因此，信号处理程序通常不能调用标准库函数。” POSIX 允许调用异步信号安全函数，但 printf() 和 exit() 都不是异步信号安全函数。
（续）见2.4 Signal Concepts
@AndrewHenle 但是如果你可以排除，另一个使用 stdio 的函数被信号中断，它应该是相对安全的（至少对于调试/测试来说足够安全）。
@AndrewHenle 谢谢，这只是一个快速的'n'dirty示例代码:)

标签： c linux signals real-time scheduling

【解决方案1】：

当自旋时，内核不需要准备进程运行，因为当信号到达时进程已经在运行。它只需要更改指令指针即可进入信号处理程序。

如果进程处于休眠状态，则必须将其放入任务队列，必须恢复上下文（寄存器、内存映射）以及许多其他准备步骤，直到进程真正运行。

这有一点不同，但如果你看一下总数，总共只有大约 10 - 100 µs。

【讨论】：

有可能该进程正在运行但当前尚未执行，对吧？在那种情况下，无论如何都不需要上下文切换吗？
@SaucyGoat 好吧，如果系统大部分时间处于空闲状态并且您有多个内核，那么当您使用旋转方法时，几乎可以肯定该进程正在运行。如果不是，则需要上下文切换，是的。