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隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，Linux操作系統(tǒng)已經(jīng)變得越來越重要。Linux操作系統(tǒng)的高性能、穩(wěn)定性和開放性質(zhì)使得它成為了互聯(lián)網(wǎng)公司和其他科技公司的首選操作系統(tǒng)。然而，在使用Linux系統(tǒng)時，時不時會遇到系統(tǒng)異常崩潰、進程無法響應(yīng)等問題，這些問題的根源可能就是信號競爭條件現(xiàn)象。
一、什么是信號競爭條件現(xiàn)象？
在Linux下，信號是與進程或線程相關(guān)的軟件事件。進程或線程可以捕捉相應(yīng)的信號并通過信號處理程序響應(yīng)，這是進程或線程與外界進行通信的一種方式。然而，當多個進程或線程同時向同一個目標發(fā)送同一個信號時，就會出現(xiàn)信號競爭條件現(xiàn)象。這種情況下，多個信號處理程序同時響應(yīng)相同的信號，其響應(yīng)行為是無序的，導(dǎo)致系統(tǒng)行為出現(xiàn)不可預(yù)測的異?，F(xiàn)象。
二、信號競爭條件現(xiàn)象的危害
信號競爭條件現(xiàn)象可能導(dǎo)致系統(tǒng)的各種異?，F(xiàn)象，如進程無法響應(yīng)、CPU占用率過高、文件描述符泄漏等，并可能最終導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。
進程無法響應(yīng)是一種比較常見的情況。當一個進程在執(zhí)行中遇到信號中斷時，進程會暫停當前的執(zhí)行狀態(tài)，進入信號處理程序中執(zhí)行。但如果多個進程同時向該進程發(fā)送相同的信號，那么該進程就需要執(zhí)行多個信號處理程序，進程狀態(tài)會出現(xiàn)不可預(yù)測的現(xiàn)象，導(dǎo)致進程無法正常響應(yīng)，最終可能導(dǎo)致進程死鎖。
CPU占用率過高是另外一種常見的情況。由于信號響應(yīng)是通過線程或進程的運行來實現(xiàn)，當多個處理程序同時響應(yīng)相同的信號時，這些線程或進程會競爭CPU，導(dǎo)致CPU占用率過高，系統(tǒng)的性能會受到影響。
文件描述符泄漏是一種較隱蔽的情況。當進程在執(zhí)行中被信號中斷時，進程可能沒有機會正常關(guān)閉文件描述符，從而導(dǎo)致文件描述符泄漏。當該進程等待時，系統(tǒng)資源被占用，其它進程難以獲得該資源，從而影響系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。
三、如何避免信號競爭條件現(xiàn)象？
由于信號競爭條件現(xiàn)象的出現(xiàn)根源在于多個處理程序同時響應(yīng)相同的信號，因此避免該現(xiàn)象的主要方法是減少信號的沖突。具體方法如下：
1. 建立相應(yīng)的信號管理程序，在系統(tǒng)層面上管理信號的分配和處理；
2. 對于信號的分配和處理，盡量分離進程或線程，避免多個進程或線程共用同一組信號；
3. 對于較為重要的信號，建議采用信號屏蔽機制以避免信號沖突。
四、
信號競爭條件現(xiàn)象是在多個進程或線程同時向同一目標發(fā)送同一個信號時，由于信號處理程序的無序執(zhí)行，導(dǎo)致系統(tǒng)異常行為出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。信號競爭條件現(xiàn)象可能導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰、進程無法響應(yīng)、CPU占用率過高、文件描述符泄漏等異?，F(xiàn)象，因此應(yīng)該盡量避免其出現(xiàn)。為了避免信號競爭條件現(xiàn)象，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，如建立相應(yīng)的信號管理程序，分離進程或線程等措施，以減少信號的沖突，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
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深入理解LINUX內(nèi)核(中文版)
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內(nèi)容簡介
為了徹底理解GNU/Linux的內(nèi)部構(gòu)造以及它為何能在各種系統(tǒng)之上工作得如此這好，那就需要你深入研究操作系統(tǒng)的心臟——Linux內(nèi)核本身。內(nèi)核處理各種請求或已完成的I/O操作，并判斷哪些程序?qū)⒎窒硭奶幚頃r間，會以什么順序分享。Linux內(nèi)核肩負著中國管理整個系統(tǒng)的職責(zé)，是神奇的Linux高效之根源。
本書將引導(dǎo)你暢游Linux內(nèi)核中使用明做的最主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和編程技巧，討論了具體的Intel平臺的重要特點。但是本書涵蓋的內(nèi)容絕不限于代碼所起的作用，它還闡明了Linux為什么如此運作的理論基礎(chǔ)。
本書涵蓋Linux 2.4，
●網(wǎng)絡(luò)
●內(nèi)存管理,包括文件緩沖、進程交換以及直接內(nèi)存訪問
●虛擬文件系統(tǒng)層和第二及第三擴展文件系統(tǒng)
●進程創(chuàng)建及調(diào)度
●信號、中斷及對設(shè)備驅(qū)動程序的主要接口
●定時
●內(nèi)核中的同步
●進程間通信
●程序執(zhí)行
本書將使讀者熟悉Linux所有的內(nèi)在工作機制，但本書不僅僅是一種學(xué)術(shù)訓(xùn)練，讀者寬槐搏還將知道什么樣的條件使Linux產(chǎn)生更好的性能，你會看到Linux如何得以滿足（在各種環(huán)境下）進程調(diào)度、文件訪問及內(nèi)存管理期間提出的快速響應(yīng)要求。
目錄
前言
之一章 緒論
Linux與其他類Unix內(nèi)核的比較
硬件的依賴性
Linux版本
操作系統(tǒng)基本概念
Unix文件系統(tǒng)概述
Unix內(nèi)核概述
第二章 存儲器尋址
存儲器地址
硬件中的分段
Linux中的分段
硬件中的分頁
Linux中的分頁
第三章 進程
進程、輕量級進程和線程
進程描述符
進程切換
創(chuàng)建進程
撤銷進程
第四章 中斷和異常
中斷信號的作用
中斷和異常
中斷和異常處理程序的嵌套執(zhí)行
初始化中斷描述符表
異常處理
中斷處理慎祥
軟中斷、tasklet及下半部分
從中斷和異常返回
第五章 內(nèi)核同步
內(nèi)核控制路徑
什么時候同步是不必要的
同步原語
對內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同步訪問
避免競爭條件的實例
第六章 定時測量
硬時鐘
Linux計時體系結(jié)構(gòu)
CPU的分時（time-sharing）
更新時間和日期
更新系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)
軟定時器（Software Timer）
與定時測量相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用
第七章 存儲器管理
頁框管理
存儲器區(qū)管理
非連續(xù)存儲器區(qū)管理
第八章 進程地址空間
進程的地址空間
內(nèi)存描述符
線性區(qū)
缺頁異常處理程序
創(chuàng)建和刪除進程的地址空間
堆的管理
第九章 系統(tǒng)調(diào)用
POSIX API和系統(tǒng)調(diào)用
系統(tǒng)調(diào)用處理程序及服務(wù)例程
內(nèi)核封裝例程
第十章 信號
信號的作用
產(chǎn)生信號
傳遞信號
與信號處理相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用
第十一章 進程調(diào)度
調(diào)度策略
調(diào)度算法
與調(diào)度相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用
第十二章 虛擬文件系統(tǒng)
虛擬文件系統(tǒng)（VFS）的作用
VFS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
文件系統(tǒng)類型
文件系統(tǒng)安裝
路徑名查找
VFS系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)
文件加鎖
第十三章 管理I/O設(shè)備
I/O體系結(jié)構(gòu)
設(shè)備文件
設(shè)備驅(qū)動程序
塊設(shè)備驅(qū)動程序
字符設(shè)備驅(qū)動程序
第十四章 磁盤高速緩存
頁高速緩存
v緩沖區(qū)高速緩存
第十五章 訪問文件
讀寫文件
存儲器映射
直接I/O傳送
第十六章 對換：釋放內(nèi)存的方法
什么是對換
對換區(qū)
對換高速緩存
傳送對換頁
換出頁
換入頁
回收頁框
第十七章 Ext2和Ext3文件系統(tǒng)
Ext2的一般特征
Ext2磁盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
Ext2的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
創(chuàng)建Ext2文件系統(tǒng)
Ext2的方法
管理Ext2磁盤空間
Ext3文件系統(tǒng)
第十八章 網(wǎng)絡(luò)
主要的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用
向網(wǎng)卡發(fā)送包
從網(wǎng)卡接收包
第十九章 進程通信
管道
FIFO
System V IPC
第二十章 程序的執(zhí)行
可執(zhí)行文件
可執(zhí)行格式
執(zhí)行字段
exec函數(shù)
附錄一 系統(tǒng)啟動
附錄二 模塊
附錄三 源碼結(jié)構(gòu)
參考書目
源代碼索引
索引
linux進程間信號量的等待投遞
每個信號量都具有一個非負的值，且信號量支持等待和投遞操作。系統(tǒng)調(diào)用 semop 實現(xiàn)型枯了這兩個操作。它的之一個參數(shù)是信號量的標識符，第二個參數(shù)是一個包含 struct sembuf 類型元素的數(shù)組；這些元素指明了您希望執(zhí)行的操作。第三個參數(shù)是這個數(shù)組的長度。結(jié)構(gòu)體sembuf中包含如下字段：
sem_num將要執(zhí)行操作的信號量組中包含的信號量數(shù)量。 sem_op是一個指定了操作類型的整數(shù)。 如果sem_op是一個正整數(shù)，則這個值會立刻被加到信號量的值上。
如果 sem_op 為負，則將從信號量值中減去它的絕對值。如果這將使信號量的值小于零，則這個操作會導(dǎo)致進程阻塞，直到信號量的值至少等于操作值的絕對值（由其它進程增核虧加它的值）。
如果 sem_op 為0，這個操作會導(dǎo)致進程阻塞，直到信號改租神量的值為零才恢復(fù)。 sem_ 是一個符號位。指定 IPC_NOWAIT 以防止操作阻塞；如果該操作本應(yīng)阻塞，則semop調(diào)用會失敗。如果為sem_指定SEM_UNDO，Linux會在進程退出的時候自動撤銷該次操作。 代碼 5.4 展示了二元信號量的等待和投遞操作。
代碼 5.4 （sem_pv.c）二元信號量等待和投遞操作
#include
#include
#include
/* 等待一個二元信號量。阻塞直到信號量的值為正，然后將其減1 */
int binary_semaphore_wait (int semid)
{
struct sembuf operations;
/* 使用（且僅使用）之一個信號量 */
operations.sem_num = 0;
/* 減一。 */
operations.sem_op = -1;
/* 允許撤銷操作 */
operations.sem_ = SEM_UNDO;
return semop (semid, operations, 1);
}
/* 對一個二元信號量執(zhí)行投遞操作：將其值加一。 這個操作會立即返回。*/
int binary_semaphore_post (int semid)
{
struct sembuf operations;
/* 使用（且僅使用）之一個信號量 */
operations.sem_num = 0;
/* 加一 */
operations.sem_op = 1;
/* 允許撤銷操作 */
operations.sem_ = SEM_UNDO;
return semop (semid, operations, 1);
}
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