sem_timedwait 和修改系统时间

对于int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);传入的第二个阻塞时间参数是绝对的时间戳。原意是timeout时间是墙上时间，到达那个时间点如果还没有等到信号量，那就timeout.

如果有人修改了系统时间，那么这个API的行为可能就不是你想要的了。

但是在一些Linux的系统里面，它的时间最终却是按照系统启动时间的行为来工作的，这个好像就是很多人歪打正着的正和他们的用意。当然我刚开始也是这样理所当然的使用着，我的代码一直都是可以不受修改时间的影响的。

直到前些日子我们做新的项目时，glibc升级成了2.30的（原来的是2.19）。结果修改时间后，我的一些关于sem_timedwait代码逻辑就不对了: 有的要等很久才能timeout，如把时间改到过去了；有的就立刻timeout，如果时间改到未来了。

所以很大的可能是和glibc有关系了。于是仔细分析glibc不同版本的代码，我发现了如下的信息：

glibc: 2.19

glibc: 2.30

#include <errno.h>

#include <sysdep.h>

#include <lowlevellock.h>

#include <internaltypes.h>

#include <semaphore.h>

#include <pthreadP.h>

#include <shlib-compat.h>

extern void __sem_wait_cleanup (void *arg) attribute_hidden;

/* This is in a seperate function in order to make sure gcc

puts the call site into an exception region, and thus the

cleanups get properly run. */

static int

__attribute__ ((noinline))

do_futex_timed_wait (struct new_sem *isem, struct timespec *rt)

{

int err, oldtype = __pthread_enable_asynccancel ();

err = lll_futex_timed_wait (&isem->value, 0, rt,

isem->private ^ FUTEX_PRIVATE_FLAG);//Paky: just use “CLOCK_MONOTONIC”!!!

__pthread_disable_asynccancel (oldtype);

return err;

}

int

sem_timedwait (sem_t *sem, const struct timespec *abstime)

{

struct new_sem *isem = (struct new_sem *) sem;

int err;

if (atomic_decrement_if_positive (&isem->value) > 0)

return 0;

if (abstime->tv_nsec < 0 || abstime->tv_nsec >= 1000000000)

{

__set_errno (EINVAL);

return -1;

}

atomic_increment (&isem->nwaiters);

pthread_cleanup_push (__sem_wait_cleanup, isem);

while (1)

{

struct timeval tv;

struct timespec rt;

int sec, nsec;

/* Get the current time. */

__gettimeofday (&tv, NULL);

/* Compute relative timeout. */

sec = abstime->tv_sec - tv.tv_sec;

nsec = abstime->tv_nsec - tv.tv_usec * 1000;

if (nsec < 0)

{

nsec += 1000000000;

--sec;

}

/* Already timed out? */

if (sec < 0)

{

__set_errno (ETIMEDOUT);

err = -1;

break;

}

/* Do wait. */

rt.tv_sec = sec;

rt.tv_nsec = nsec;

err = do_futex_timed_wait(isem, &rt);

if (err != 0 && err != -EWOULDBLOCK)

{

__set_errno (-err);

err = -1;

break;

}

if (atomic_decrement_if_positive (&isem->value) > 0)

{

err = 0;

break;

}

pthread_cleanup_pop (0);

atomic_decrement (&isem->nwaiters);

return err;

}

#include "sem_waitcommon.c"

/* This is in a separate file because because sem_timedwait is only provided

if __USE_XOPEN2K is defined. */

int

sem_timedwait (sem_t *sem, const struct timespec *abstime)

{

if (abstime->tv_nsec < 0 || abstime->tv_nsec >= 1000000000)

{

__set_errno (EINVAL);

return -1;

}

/* Check sem_wait.c for a more detailed explanation why it is required. */

__pthread_testcancel ();

if (__new_sem_wait_fast ((struct new_sem *) sem, 0) == 0)

return 0;

else

return __new_sem_wait_slow ((struct new_sem *) sem,

CLOCK_REALTIME, abstime);

}

2.19 对应的程序的strace log：	2.30 对应的程序的strace log：
pid 2414] 15:31:00.844765 futex(0x37188, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, {1, 999572500}) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out) <1.999733>	[pid 3405] 03:40:45.437693 futex(0xb2c490, FUTEX_WAIT_BITSET_PRIVATE\|FUTEX_CLOCK_REALTIME, 1, {tv_sec=1879405212750659647, tv_nsec=859005174888}, FUTEX_BITSET_MATCH_ANY ) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out) <2.000894>

从上面的表格可以看出，其实kernel是有多种timeout的：CLOCK_MONOTONIC和CLOCK_REALTIME. 但是到了glib2.30这个sem_timedwait才和它的说明手册的行为保持一致了。

那如果我还想用glibc2.19那种timeout的行为怎么办？两种方法：

把你的glibc降级到glibc2.19或者一下的版本。这个在linux的平台上应该就是系统启动时间的时钟（CLOCK_MONOTONIC）。
寻找时钟为CLOCK_MONOTONIC的timeout的API。在新的glibc2.30里面已经有新的API了：

int sem_clockwait (sem_t *sem, clockid_t clockid,const struct timespec *abstime) Behaves like sem_timedwait except the time abstime is measured against the clock specified by clockid rather than CLOCK_REALTIME. Currently, clockid must be either CLOCK_MONOTONIC or CLOCK_REALTIME.

截至目前这个问题应该是找到根本原因和解决方案了。所以我只需要根据当前的glibc的版本来决定我的代码要如何封装，比如通过编译选项来控制我们是否可以用新的API：sem_clockwait

#if __GLIBC__ >= 2 && __GLIBC_MINOR >= 30
       //TRUE if the version of the GLib header files is the same as or newer than the passed-in version.
   if (clock_type == 1)
   {
while ( ( status = sem_clockwait( semId, CLOCK_MONOTONIC, &expire ) ) != 0 && errno == EINTR );
}
else
{
   while ( ( status = sem_clockwait( semId, CLOCK_REALTIME, &expire ) ) != 0 && errno == EINTR );
}
       #else
while ( ( status = sem_timedwait( semId, &expire ) ) != 0 && errno == EINTR );
       #endif

下面的代码是个简单的测试代码是我当时的一个测试用例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/time.h>#include <string>
#include <fstream>//# define CLOCK_REALTIME           0
/* Monotonic system-wide clock.  */
//# define CLOCK_MONOTONIC      1int GetTimeout(struct timespec *ts_caller, int clock_type, int delayTicks)
{if (ts_caller != NULL){long mswait;struct timespec ts_cur;//struct timespec   ts_delay;//mswait = (delayTicks*1000)/CLKTICKS_PER_SEC ;if (clock_type == 1)clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_cur);elseclock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts_cur);//ts_delay.tv_sec = (mswait / 1000 );//ts_delay.tv_nsec = ( mswait % 1000 ) * 1000 * 1000;//if( ts_cur.tv_nsec + ts_delay.tv_nsec > (1000*1000*1000) )///{//   ts_delay.tv_sec++;//   ts_delay.tv_nsec -= 1000*1000*1000;//}ts_caller->tv_sec = ts_cur.tv_sec + delayTicks;ts_caller->tv_nsec = ts_cur.tv_nsec + 0;return 0;}else{return -1;}
}int testSemWait(sem_t *semId, int clock_type, int timeout)
{int status = -1;struct timespec expire = {0, 0};if ((status = sem_trywait(semId)) != 0) //need waiting..{GetTimeout(&expire, clock_type, timeout);
#if __GLIBC__ >= 2 && __GLIBC_MINOR >= 30//TRUE if the version of the GLib header files is the same as or newer than the passed-in version.if (clock_type == 1){while ((status = sem_clockwait(semId, CLOCK_MONOTONIC, &expire)) != 0 && errno == EINTR);}else{while ((status = sem_clockwait(semId, CLOCK_REALTIME, &expire)) != 0 && errno == EINTR);}
#elsewhile ((status = sem_timedwait(semId, &expire)) != 0 && errno == EINTR);
#endif}return status;
}int main(int argc, char **argv)
{int clock_type = 0;int timeout = 30;sem_t m_sem;sem_init(&m_sem, 0, 0);if (argc >= 2)clock_type = atoi(argv[1]);if (argc >= 3)timeout = atoi(argv[2]);printf("clock type is %d (1 for CLOCK_MONOTONIC, other for CLOCK_REALTIME), timeout:%d\n", clock_type, timeout);std::string strTraceString;time_t timeT;struct tm stCurTime;char cDateTime[128] = {0};char cTid[64] = {0};struct timeval testTime;gettimeofday(&testTime, NULL);timeT = testTime.tv_sec;localtime_r(&timeT, &stCurTime);sprintf(cDateTime, "\r\n%d-%02d-%02d%s%02d:%02d:%02d.%06lu", stCurTime.tm_year + 1900, stCurTime.tm_mon + 1,stCurTime.tm_mday," ", stCurTime.tm_hour, stCurTime.tm_min, stCurTime.tm_sec, testTime.tv_usec);printf("start time:%s\n", cDateTime);testSemWait(&m_sem, clock_type, timeout);gettimeofday(&testTime, NULL);timeT = testTime.tv_sec;localtime_r(&timeT, &stCurTime);sprintf(cDateTime, "\r\n%d-%02d-%02d%s%02d:%02d:%02d.%06lu", stCurTime.tm_year + 1900, stCurTime.tm_mon + 1,stCurTime.tm_mday," ", stCurTime.tm_hour, stCurTime.tm_min, stCurTime.tm_sec, testTime.tv_usec);printf("end time:%s\n", cDateTime);
}

总结：其实在软件升级的时候，我们经常会遇到一些看起来很奇怪的现象。但是这中间都是有根源了，就看你要不要打破沙锅追到底了。

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