如何限制 C/POSIX 中函数的执行时间？答案

【问题标题】：How to limit the execution time of a function in C/POSIX?如何限制 C/POSIX 中函数的执行时间？
【发布时间】：2010-09-14 03:37:49
【问题描述】：

与question 类似，我想在 C 中限制函数的执行时间——最好是微秒级精度。我想 C++ 异常可用于实现类似于this 的结果Python 解决方案。虽然并不理想，但这种方法在纯 C 语言中完全不可用。

那么，我想知道，在 Posix 系统上的 C 语言中，我如何在某个时间间隔之后中断函数的执行？对于相对简单的情况，silly business 工作得很好，但这会增加大量与问题解决方案正交的代码。假设我有一个这样的函数：

void boil(egg *e) {
    while (true)
    do_boil(e);
}

我想在一个鸡蛋上运行煮沸*，每 50μs 中断一次以检查是否执行以下操作：

egg *e = init_egg();
while (true) {
    preempt_in(50, (void) (*boil), 1, e);
    /* Now boil(e) is executed for 50μs, 
       then control flow is returned to the
       statement prior to the call to preempt_in.
     */
    if (e->cooked_val > 100)
        break;
}

我意识到可以使用 pthread 来执行此操作，但我更感兴趣的是避免使用它们。我可以在 SIGALRM 处理程序中在 ucontext_t 之间切换，但 POSIX 标准指出 setcontext/swapcontext 的使用不能在信号处理程序中使用，事实上，我注意到 Linux 和 Solaris 之间的不同行为这样做时的系统。

这种效果有可能达到吗？如果是这样，以便携的方式？

【问题讨论】：

标签： c posix real-time portability preemption

【解决方案1】：

您可以使用线程，或者让函数轮询计时器（或由SIGALRM 处理程序设置的全局变量），然后保存其状态并在分配的时间到期时退出。 ucontext_t 的使用已被弃用，不应在新代码中使用，更不用说在信号处理程序中使用了。

【讨论】：

引用 ucontext_t 弃用？我认为相关的功能没有被广泛实施。
ucontext deprecated 的快速 google 查找有关特定供应商的信息，尤其是 Apple，将它们标记为已弃用。至于官方弃用，我没有立即引用，但我似乎记得 SUSv3 弃用了部分或全部功能，因为 C99 制作了一些指针转换构造，它需要未定义的行为。不过我得再看一遍才能确定……
那么，我假设您的答案是否定的。根据您的估计，我将不得不进行投票或引入线程。

【解决方案2】：

请注意，您在此处寻找的一般功能称为成本执行。例如，请参阅Wellings 或Leung, et. al.'s great book 中的这篇文章。上面的答案集中在用户空间中实现它；一些 RTOS 或语言支持它（不是 linux）作为一般机制。

提供此功能的一个示例操作系统是AUTOSAR OS (spec linked)。请注意，此操作系统提供执行时间强制，这与截止日期强制略有不同。执行时间强制越来越难，因为它依赖于某种能力来衡量实际花费的成本（通常与硬件合作）。由于当今处理器的复杂性，测量这一点既困难又昂贵——更不用说测量的意义（由于非线性执行和各种其他很酷的东西）很难解释——因此很难计算一个 (对特定代码部分执行时间的最坏或常见）情况估计。

有点题外话，但 Ada 在这里在语言级别提供了一组更严格的功能，这对您没有帮助，但您可以弄清楚这些 Ada 要求是如何在 Linux 中实现的。 Ada 语言规范在提供基本原理文档方面是独一无二的，请参阅real-time preemptive abort 部分作为出发点。

【讨论】：

【解决方案3】：

我想要的解决方案突然出现在我身上：goto！我将在我希望限制的函数之后设置一个跳转点，设置一个计时器并在处理 SIG*ALRM 的信号处理程序中简单地跳转到函数之后的指令。

【讨论】：

如果这就是你想要的效果，那你为什么不能用sigsetjmp()/siglongjmp()呢？注意到goto 实际上并不能跨函数边界工作。
很对，goto 确实只有函数作用域。虽然使用 *jmp 有一些不足之处，但它主要让我到达了我想去的地方。我根本没有想到，因为“Goto 是有害的”已经在我脑海中敲打了这么久。