Linux：理解阻塞信号与函数重入

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信号的阻塞

指一个信号的递达，信号依然可以注册，只是暂时不处理（未决状态）直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作.

在内核中的表示

实际执行信号的处理动作称为信号递达（Delivery )，信号从产生到递达之间的状态，称为信号未决（Pending）。进程可以选择阻塞（Block）某个信号，被阻塞的信号产生时将保持在未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才执行递达的动作。

注意：

阻塞和忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会递达，而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。信号在内核中的表示可以看作是这样的：

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞和未决，还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时，内核在进程控制块中设置该信号的未决标志，直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中，

1. SIGHUP信号未阻塞也未产生过，当它递达时执行默认处理动作。

2. SIGINT信号产生过，但正在被阻塞，所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略，但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号，因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。

3. SIGQUIT信号未产生过，一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞，它的处理动作是用户自定义函数sighandler。

未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储，sigset_t称为信号集，这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态，，在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞，而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字（Signal Mask），这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。

信号集处理函数

sigset_t类型(64bit)对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态。

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set) // 清空set信号集合 - 使用一个变量的时候的初始化过程
int sigfillset(sigset_t *set) //将所有信号添加到set集合中
int sigaddset(sigset_t *set, int signum) // 向set集合中添加指定的信号
int sigdelset(siget_t *set, int signum) // 从set集合中移除指定的信号
int sigismember(const sigset_t set, int signum) // 判断制定信号是否在set集合中

注意:

• 在使用sigset_t类型的变量之前，一定要调用sigemptyset或sigfillset做初始化，使信号集处于确定的状态。
• 上面四个函数都是成功返回0，出错返回-1。sigismember是一个布尔函数，用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号，若包含则返回1，不包含则返回0，出错返回-1。

sigprocmask函数

int sigprocmask(int how, sigset_t *set, sigset_t *old);

参数：

如果old是非空指针，则读取进程的当前信号屏蔽字通过old参数传出。如果set是非空指针，则更改进程的信号屏蔽字，参数how指示如何更改。如果old和set都是非空指针，则先将原来的信号屏蔽字备份到old里，然后根据set和how参数更改信号屏蔽字。

• how:当前要对block集合进行的操作
  • SIG_BLOCK 将set集合中的信号添加到block进程阻塞信号集合
    block = block | set
    表示阻塞 set集合中的信号以及原有的阻塞信号，并且将原有的阻塞信号返回到old集合中（便于还原）
  • SIG_UNBLOCK 将set集合中的信号从block集合中移除，将set集合中的信号解除阻塞
    block = block & (~set)
  • SIG_SETMASK 将内核中的block集合中的信号设置为set集合中的信号
    block = set

返回值：若成功则为0，若出错则为-1

sigpending函数

#include <signal.h>

int sigpending(sigset_t *set);

sigpending读取当前进程的未决信号集，通过set参数传出。调用成功则返回0，出错则返回-1。

在所有信号中，有两个信号不可被阻塞，不可被自定义修改处理方式，也不可被忽略
这两个信号：SIGKILL-9 / SIGSTOP-19

简介信号 SIGPIPE、SIGCHLD

1. SIGPIPE信号

在管道的博文中，介绍到了：

所有管道读端被关闭，则继续写入会触发异常
此时的异常调用的就是SIGPIPE（Mac终端下是PIPE）

2. SIGCHLD信号：

信号产生：

僵尸进程：子进程退出后，操作系统发送SIGCHLD信号给父进程，但是因为SIGCHLD信号的默认处理方式就是忽略，因此在之前的程序中并没有感受到操作系统的通知
因此只能固定的使用进程等待来避免产生僵尸进程，但是在这个过程中父进程是一直阻塞的，只能一直等待子进程退出。

如何让程序感知到操作系统的通知？？

就在程序初始化阶段，将SIGCHLD信号的处理方式自定义，并且在自定义函数重调用waitpid，这样的话就当子进程退出的时候，则自动回调处理了，父进程就不需要一直等待了。

多个子进程同时退出，都会向父进程发送SIGCHLD信号，但是SIGCHLD信号是非可靠信号，有可能会丢失事件，

例如：

三（多）个进程同时退出，但是信号只注册了一次
意味着只会执行一次回调函数，调用一次waitpid，只能处理一个僵尸进程
非可靠信号的丢失是无法避免的，因此只能在一次信号回调中处理完所有的僵尸进程

解决方法：

while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG)>0);  非阻塞循环在一个回调中将所有的僵尸进程全部处理

• waitpid返回值： >0 -退出子进程的pid / ==0 -没有子进程退出 / <0 -出错

• 循环是为了若有子进程退出则一直处理，直到没有子进程退出，则退出循环信号回调完毕

• WNOHANG-将waitpid设置为非阻塞，没有子进程退出的时候返回0，退出循环，不要导致程序流程卡在信号回调函数中

volatile 关键字

修饰一个变量，使这个变量保持内存可见性—每次对变量访问（cpu处理数据）都需要重新从内存加载变量的数据，防止编译器过度优化（gcc -O0/1/2/3)

• cpu处理一个数据的过程时从内存中将数据加载到寄存器上进行处理
• gcc编译器，在编译程序的时候，如果使用了代码优化 -Olevel 选项，发现某个变量使用频率非常高，为了提高效率，则直接将变量的值设置为某个寄存器的值，以后访问的时候直接从寄存器访问，则减少了内存访问的过程提高了效率。
• 但是这种优化有时候会造成代码的逻辑混乱

因此使用volatile关键字修饰变量，让cpu无论如何每次都重新倒内存中获取数据

可重入函数

竞态条件： 在多个执行流中，程序的竞争执行

函数的重入：

同一个函数被不同的执行流调用，当前一个流程还没有执行完，就有其他的执行流再次进入，我们称之为重入。

函数的可重入与不可重入区别：

• 函数的可重入：在函数重入之后，不会造成数据二义或者引起程序逻辑混乱，则这个函数是一个可重入函数
• 函数的不可重入：在函数重入之后，有可能会造成数据二义或者额引起程序逻辑混乱，这个函数是一个不可重入函数

函数是否可重入的判定基准：

• 一个函数中是否对全局数据进行了非原子性的操作（若有则不可重入）
• 原子性：操作要不然一次性完成，要不然就不做（操作不可被打断）

可重入函数：

• 一个函数若根本就没有操作全局数据（或者静态数据），则肯定是可重入的，因为每个函数调用的时候都有独立的函数栈
• 一个函数若对全局数据进行了操作，但是操作时原子性的，则也是可重入的

当我们以后在执行多个执行流中使用别人的函数的时候（包括自己封装实现函数的时候），就需要考虑这个函数是否重入，所有可能给程序带来的不确定性。

不可重入函数:

• malloc/free 都是不可重入函数，因为malloc也是用全局链表来管理堆的。因此在多个执行流中进行操作应该小心
• 调用了标准I/O库函数。标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构。
• 可重入函数体内使用了静态的数据结构

可重入与线程安全联系

• 函数是可重入的，那就是线程安全的
• 函数是不可重入的，那就不能由多个线程使用，有可能引发线程安全问题
• 如果一个函数中有全局变量，那么这个函数既不是线程安全也不是可重入的。

可重入与线程安全区别

• 可重入函数是线程安全函数的一种
• 线程安全不一定是可重入的，而可重入函数则一定是线程安全的。
• 如果将对临界资源的访问加上锁，则这个函数是线程安全的，但如果这个重入函数若锁还未释放则会产生死锁，因此是不可重入的。

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