020 UNIX再学习 -- 可重入函数和 SIGCHLD 语义

程序员文章站 2022-07-13 12:05:31

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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？

020 UNIX再学习 -- 可重入函数和 SIGCHLD 语义

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：

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**，那么当新**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