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UNIX再学习 -- 可重入函数和 SIGCHLD 语义


一、可重入函数

参与信号处理的函数必须是可重入函数。

1、何为重入?

假设进程的住控制流程此刻正在调用 foo 函数,就在 foo 函数刚执行到一半的时候,内核向进程递送了信号 a;假设进程对信号 a 做了捕获,那么此时流程将转入信号 a 的处理函数 siga,而 siga 函数在执行过程中也调用了 foo 函数。于是 foo 函数中的代码又被执行,刚执行到一半,内核又递送给了信号 b。假设进程对信号 b 也做了捕获,并用 sigb 函数来处理,而在 sigb 函数中同样调用了 foo 函数。

注意,此时的 foo 函数已被重入 3 次,假设该函数中包含了对全局变量、静态变量、磁盘文件等共享型资源的访问,其结果将会如何?数据的一致性和安全性如何得到保证?

UNIX再学习 -- 可重入函数和 SIGCHLD 语义_可重入函数

2、编写可重入函数

编写参与信号处理的函数(比如前例中的 foo 函数)时必须要注意,不要对进程在中断时所做的事情做任何假设。尤其是在对全局变量、静态局部变量、磁盘文件这些带有共享特性的对象做写操作的时候,必须要谨慎。当然,如果能够不碰或者只读这些全部对象,那当然再好也没有。

可重入函数是指可以安全地调用自身(从信号处理中或从其它线程中)的函数。为了使函数可重入,函数决不能操作静态数据,只访问在栈里分配的数据和调用者提供的数据,同时也不得调用任何不可重入的函数

注意,编写可重入函数时,若使用全局变量,则应通过关中断、信号量(即P、V操作)等手段对其加以保护
若对所使用的全局变量不加以保护,则此函数就不具有可重入性,即当多个进程调用此函数时,很有可能使有关全局变量变为不可知状态。

3、可重入函数

Single UNIX Specification 说明了在信号处理程序中保证调用安全的函数。这些函数时可重入的并被称为异步信号安全的。除了可重入之外,在信号处理操作期间,它会阻塞任何会引起不一致的信号发送

下图列出了异步信号安全的函数,即可重入函数:

UNIX再学习 -- 可重入函数和 SIGCHLD 语义_全局变量_02

4、示例说明

参看:百度百科 -- 可重入函数

参看:使用可重入函数进行更安全的信号处理

假设Exam是int型全局变量,函数Square_Exam返回Exam平方值。那么如下函数不具有可重入性。

unsigned int example( int para )
{
unsigned int temp;
Exam = para; // (**)
temp = Square_Exam( );
return temp;
}

此函数若被多个进程调用的话,其结果可能是未知的,因为当(**)语句刚执行完后,另外一个使用本函数的进程可能正好被激活,那么当新激活的进程执行到此函数时,将使Exam赋与另一个不同的para值,所以当控制重新回到“temp = Square_Exam( )”后,计算出的temp很可能不是预想中的结果。此函数应如下改进。

unsigned int example( int para )
{
unsigned int temp;
[申请信号量操作] //(1)
Exam = para;
temp = Square_Exam( );
[释放信号量操作]
return temp;
}

若申请不到“信号量”,说明另外的进程正处于给Exam赋值并计算其平方过程中(即正在使用此信号),本进程必须等待其释放信号后,才可继续执行。若申请到信号,则可继续执行,但其它进程必须等待本进程释放信号量后,才能再使用本信号。

保证函数的可重入性的方法:在写函数时候尽量使用局部变量(例如寄存器、堆栈中的变量),对于要使用的全局变量要加以保护(如采取关中断、信号量等方法),这样构成的函数就一定是一个可重入的函数。


5、不可重入

在实时系统的设计中,经常会出现多个任务调用同一个函数的情况。如果这个函数被设计成为不可重入的函数的话,那么不同任务调用这个函数时可能修改其他任务用到的数据,从而导致不可预料的后果。 那么什么是可重入函数呢?

所谓可重入函数是指一个可以被多个任务调用的函数(过程),任务在调用时不必担心数据是否会出错。不可重入函数在实时系统设计中被视为不安全函数。
满足下列条件的函数多数是不可重入的:
1) 函数体内使用了静态的数据结构;
2) 函数体内调用了malloc()或者free()函数;
3) 函数体内调用了标准I/O函数。
下面举例加以说明。

A. 可重入函数


void strcpy(char *lpszDest, char *lpszSrc) {
while(*lpszDest++=*lpszSrc++);
*dest=0;
}

B. 不可重入函数1


char cTemp;//全局变量
void SwapChar1(char *lpcX, char *lpcY) {
cTemp=*lpcX;
*lpcX=*lpcY;
lpcY=cTemp;//访问了全局变量
}

C. 不可重入函数2


void SwapChar2(char *lpcX,char *lpcY) {
static char cTemp;//静态局部变量
cTemp=*lpcX;
*lpcX=*lpcY;
lpcY=cTemp;//使用了静态局部变量
}

二、SIGCHLD 语义

正如上一篇信号中说,无论一个进程是正常终止还是异常终止,都会通过系统内核向其父进程发送 SIGCHLD (17) 信号。父进程完全可以在针对 SIGCHLD (17) 信号的信号处理函数中,异步地回收子进程的僵尸,简洁而又高效。

1、示例说明

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

void sigchld (int signum)
{
	for (;;) 
	{
		pid_t pid = waitpid (-1, NULL, WNOHANG);
		if (pid == -1)
		{
			if (errno != ECHILD)
			{
				perror ("wait"), exit (1);
			}
			printf ("子进程都死光了\n");
			break;
		}
		if (!pid)
			break;
		printf ("%d子进程终止\n", pid);
	}
}

int main (void)
{
	if (signal (SIGCHLD, sigchld) == SIG_ERR)
		perror ("signal"), exit (1);

	sleep (10);

	pid_t pid1 = fork ();
	if (pid1 == -1)
		perror ("fork"), exit (1);
	else if (pid1 == 0)
	{
		printf ("这是子进程 pid = %d", getpid ());    
		printf ("父进程的 ppid = %d\n",  getppid ());  
	}
	else    
	{    
		sleep (10); //可以保证子进程先被调度    
		printf ("这是父进程 ppid = %d\n", getpid ());    

	}    
	return 0;
}
在一个终端输出结果:
这是子进程 pid = 3653父进程的 ppid = 3635
3653子进程终止
子进程都死光了
这是父进程 ppid = 3635


在另个一个终端查看
# ps -C a.out -o ppid,pid,stat,cmd
 PPID   PID STAT CMD
 3486  3635 S+   ./a.out

2、示例解析

使用具有非阻塞特性的 waitpid 函数。在一个循环过程中回收尽可能多的僵尸。

3、参看部分

参看:linux下的僵尸进程处理SIGCHLD信号讲的很清楚了,至少比我讲的清楚多了




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