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初识Linux · 信号处理 · 续

article 2024/11/23 16:13:48

前言：

可重入函数

重谈进程等待和优化

前言：

在前文，我们已经介绍了信号产生，信号保存，信号处理的主题内容，本文作为信号处理的续篇，主要是介绍一些不那么重要的内容，第一个点是可重入函数，第二个点是在信号处理这里的进程等待。

那么话不多说，我们进入主题吧！

可重入函数

大家对于链表的增删查改已经是什么熟悉了吧？在Linux中，如果我们有一个链表，我们要对链表执行的操作是insert，那么从main函数进去之后，进行p->next这步的时候突然进行信号捕捉的话，这里肯定有人会有疑问的了，为什么会进行信号捕捉呢？

如果是这个进程的时间片到了呢？OS要调度其他的进程了，那么从用户态转到了内核态，此时进行信号的捕捉，所以捕捉到了信号，就又会插入节点，原本插入的节点是Node1的，这下多出来了一个Node2节点，可是我们甚至没有办法去调用node2节点，这造成的问题是什么呢？

造成的问题是十分严重的，即内存泄漏。

那么这种函数，会造成内存泄漏，或者说是涉及到了共享资源的，比如堆的开辟，比如全局变量，比如静态变量都是共享的，涉及到了以上共享资源的函数，就不满足可重入性。

那么我们应该如何实现具备可重入性的函数呢？

不使用全局或静态变量：因为全局或静态变量是共享的，多个线程同时访问可能会导致数据不一致。如果必须使用，则必须通过适当的同步机制（如互斥锁）来保护这些变量。
不调用不可重入的函数：如果一个函数调用了另一个不可重入的函数，那么它本身也会变成不可重入的。
不返回指向静态分配的内存的指针：因为这可能导致多个线程返回相同的指针，从而访问和修改相同的内存区域。
不使用任何依赖于特定线程环境的资源：例如，某些I/O操作（如标准输入/输出）可能依赖于特定的线程环境，如果它们不是线程安全的，那么调用这些操作的函数就不是可重入的。

其实方式很简单，我们只需要保证该函数没有使用共享资源即可，反例是stl里面的容器，几乎所有的容器都涉及到了堆上的开辟，比如扩容等操作，那么这些所有函数就不是可重入的。

这个点我们了解一下即可。

重谈进程等待和优化

有人好奇咯，这里明明介绍的是信号，和进程等待有什么关系呢？这里更厉害的其实还有涉及到了编译器的优化方面，并且编译器优化也分为了几个层次，我们先从进程等待入手。

我们先看一段代码：

int gflag = 0;

void changedata(int signo)
{
    std::cout << "get a signo:" << signo << ", change gflag 0->1" << std::endl;
    gflag = 1;
}

int main() // 没有任何代码对gflag进行修改！！！
{
    signal(2, changedata);

    while(!gflag); // while不要其他代码
    std::cout << "process quit normal" << std::endl;
}

可以发现发送2号信号之后，发现gflag确实是从0变成了1，不然while循环也是不能结束的。

好了，现在我们来谈谈编译器优化的问题，在C++里，连续的拷贝构造 + 构造，编译器是直接会优化成直接构造的，这个我们是十分清楚的。

那么，g++也是个编译器吧？它也会进行相应的优化，我们先man一下g++：

这一行代表的优化成都，默认的优化是O0，我们也可以在编译的时候修改优化程度，可是我们光是知道优化是没有用的，我们还需要介绍一下上面代码的硬件部分知识：

对于cpu来说，它执行的运算一般是分为逻辑运算和算数运算的，对于上面while里面的判断，执行的就是逻辑运算，不管是哪种运算，将值放到寄存器的时候，都是从物理内存里面放吧？

好，现在是cpu从物理内存里面得到对应的数据，当然这个过程是由OS来完成的，那么，每次都要从物理内存拿这个数据是不是有点麻烦OS了？所以编译器在这里如果开了优化，那么就不让cpu从物理内存里面获取gflag的值了，直接就让cpu从寄存器里面获取，也就是说，从运行函数开始，寄存器里面只有一个值，也就是第一次while判断里的gflag的值，那么也就代表，我们即便是修改了gflag的值，cpu也不知道，因为它只从寄存器里面读取：

将对应的makefile修改一下，然后我们试试：

发现的现象是，嘿！退不出去了，也就印证了编译器在这里的优化。

这种现象叫做没有保持内存的可见性。

那么我们如何保持内存的可见性呢？很简单，只需要用到一个关键字就可以了，volatile即可，这个在const部分我们也有使用该国，这里加一个关键字的事儿，所以就不过多演示了。

好了，现在我们来谈谈进程的等待。

我们知道，父进程一般是会等待子进程的吧？并且父进程要收集子进程的退出信息吧？

可是父进程怎么知道子进程什么时候退出呢？

实际上，子进程退出的时候，是会给父进程发送相关信号的，该信号是SIGCHLD：

该信号是对应的17号信号。

默认的行为其实是Ign，也就是忽略的意思。

void notice(int signo)
{
    std::cout << "get a signal: " << signo << " pid: " << getpid() << std::endl;

    pid_t rid = waitpid(-1, nullptr, 0);
    if (rid > 0)
    {
        std::cout << "wait child success, rid: " << rid << std::endl;
    }
    else if (rid < 0)
    {
        std::cout << "wait child success done " << std::endl;
    }
}
void DoOtherThing()
{
    std::cout << "DoOtherThing~" << std::endl;
}
int main()
{
    signal(SIGCHLD, notice);
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        std::cout << "I am child process, pid: " << getpid() << std::endl;
        sleep(3);
        exit(1);
    }
    // father
    while (true)
    {
        DoOtherThing();
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

对于上面的代码是我们信号处理部分熟知的，我们通过这个代码，验证了子进程退出的时候的的确确会发送17号信号，可是我们在信号处理的时候也知道了，信号如果还没有处理完，是会自动屏蔽当前多出来的信号的，也就是我们创建多个子进程的事儿：

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            std::cout << "I am child process, pid: " << getpid() << std::endl;
            sleep(3);
            exit(1);
        }
    }

做了以上的修改之后，我们发现：

创建子进程之后，父进程等待子进程是一个一个等待的，这也验证了之前所说的，信号被屏蔽之后，会继续处理被屏蔽的信号。

那么，你说有没有进程是一直不退出的呢？如果创建了一个永远不退出的子进程怎么办？假设这里存在5个要退出的子进程，5个不知道是否退出的子进程，难道父进程要一个一个的问你是否要退出吗？

这是不现实的，如果父进程真的傻傻的去等待了，导致的结果就是两个进程永远退出不了，只能被系统回收。因为造成了阻塞，所以，我们可以将等待方式设置一下，变成非阻塞等待：

void notice(int signo)
{
    std::cout << "get a signal: " << signo << " pid: " << getpid() << std::endl;
    while (true)
    {
        pid_t rid = waitpid(-1, nullptr, WNOHANG); // 阻塞啦！！--> 非阻塞方式
        if (rid > 0)
        {
            std::cout << "wait child success, rid: " << rid << std::endl;
        }
        else if (rid < 0)
        {
            std::cout << "wait child success done " << std::endl;
            break;
        }
        else
        {
            std::cout << "wait child success done " << std::endl;
            break;
        }
    }
}

并且，当我们对于17号信号设置成了忽略，子进程也不会出现僵尸问题了。

以上是对于信号处理的补充。

感谢阅读！

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