Переключение контекстов потоков с помощью SIGALRM

Question

У меня проблема. Мне нужно реализовать программу, которая переключает потоки ucontext, используя таймер и SIGALRM, но я получаю ошибку сегментации, когда я переключаю потоки, используя мою функцию evict_thread. Я считаю, что это является результатом состояния гонки, которое возникает в разное время во время выполнения программ. Вот мой evict_thread

void evict_thread(int signal)
{   
// Check that there is more than one thread in the queue
if ((int)list_length(runqueue) > 1)
{
    // Remove the currently executing thread from the runqueue and store its id
    int evict_thread_id = list_shift_int(runqueue);

    // Place the thread at the back of the run queue
    list_append_int(runqueue, evict_thread_id);

    // Get the id of the thread that is now at the head of the run queue
    int exec_thread_id = list_item_int(runqueue, 0);

    // Set the start time for new thread to the current time
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &thread_table[exec_thread_id]->start);

    printf("Switching context from %s to %s\n",
        thread_table[evict_thread_id]->thread_name,
        thread_table[exec_thread_id]->thread_name);

    // Execute the thread at the head of the run queue
    if (swapcontext(&thread_table[evict_thread_id]->context, &thread_table[exec_thread_id]->context) == -1)
    {
        perror("swapcontext failed\n");
        printf("errno: %d.\n", errno);
        return;
    }   
}
return;     
}

Вышеуказанная функция вызывается следующим образом

// Set the SIGALRM
if (sigset(SIGALRM, evict_thread) == -1)
{
    perror("sigset failed\n");
    printf("errno: %d.\n", errno);
    return;
}

// Initialize timer
thread_switcher.it_interval.tv_sec  = 0;
thread_switcher.it_interval.tv_usec = quantum_size;
thread_switcher.it_value.tv_sec = 0;
thread_switcher.it_value.tv_usec =  quantum_size;
setitimer(ITIMER_REAL, &thread_switcher, 0);

Очередь выполнения - это просто глобальный список целых чисел, которые являются индексами в глобальной таблице указателей на потоки ucontext. Список реализован с использованием структуры данных списка из библиотеки общих утилит C, доступной на libslack.org.

Когда я отключаю таймер и позволяю каждому потоку завершиться до переключения контекстов, программа работает правильно, но когда потоки переключаются во время выполнения, я получаю ошибку сегментации примерно в 80% случаев.

Также, когда я пытаюсь использовать gdb для отслеживания ошибки сегментации, это говорит о том, что это происходит в системном вызове.

Answer 1

Я не могу дать вам совет о том, как заставить это работать, но вот несколько моментов о том, что не работает:

Обработчики сигналов работают асинхронно относительно вашего другого кода. например, сигнал может сработать, когда какой-то код обновляет ваш runqueue и когда работает обработчик сигнала list_append_int(runqueue, evict_thread_id);у вас довольно серьезное состояние гонки.

printf() не должен вызываться в обработчике сигнала, это может привести к тупику или хуже. Вот список функций, которые безопасно вызывать в обработчике сигналов. setcontext / swapcontext не упоминается как безопасный для вызова в обработчике сигналов, хотя на его man-странице linux сказано, что вы можете вызывать setcontext() в обработчике сигналов - я не уверен, что авторитетно в этом.

Также обратите внимание, что говорит man-страница для setcontext():

Когда происходит сигнал, текущий пользовательский контекст сохраняется, и ядро ​​создает новый контекст для обработчика сигнала.

Поэтому, когда вы запускаете swapcontext(), вы можете сохранить контекст обработчика сигнала вместо текущего контекста, который работал до того, как сигнал включился.

Answer 2

Помните, что обработчики сигналов работают асинхронно с вашим основным кодом. man 7 signal страница стоит внимательно прочитать, чтобы убедиться, что вы придерживаетесь руководящих принципов. Например, в разделе Async-signal-safe-functions нет упоминания о printf или другие функции, такие как swapcontext, Это означает, что вы не можете надежно вызывать эти функции из обработчика сигнала.

В общем, старайтесь выполнять как можно меньше работы с обработчиком сигналов. Обычно это просто означает установку флага типа sig_atomic_t в обработчике сигнала, затем проверяя состояние этого флага в вашем основном цикле.

Возможно, измените код так, чтобы переключение контекста происходило в основном цикле, а не из обработчика сигнала. Вы могли бы использовать sigwait в основном цикле, чтобы ждать сигнала таймера.

Answer 3

Как предположение: вы передаете ядру что-то, что не видно оттуда, потому что вы переключаете контекст. Вы спрашиваете о segfault, но ваш код делает интересные вещи.

Возможно, если бы вы рассматривали более стандартную модель для планирования потоков, вы могли бы избежать проблем. Вместо того, чтобы планировать потоки с помощью переключателей контекста, существуют другие способы сделать это. И вы можете вызывать их из вашего потока выселения, используя ту же самую текущую модель программы.

Некоторые из этих предложений немного специфичны для системы. Если вы можете сказать нам, какая у вас ОС, мы найдем что-то подходящее для вашей ситуации. Или вы можете проверить это сами.

Читайте о планировании потоков POSIX. Обратите особое внимание на SCHED_FIFO, который будет работать с вашей моделью.

https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/man/sched_setscheduler.txt

Обычно это относится к использованию библиотеки потоков POSIX для планирования потоков, вместо того, чтобы пытаться делать это сложным образом.