Signal处理中的函数可重入问题

Posted 2020-12-04

1. Signal信号简介

信号是软件层次上模拟的中断，它是一种异步通信的处理机制。信号的异步性意味着，应用程序不用等待事件的发生，当信号发生时应用程序自动陷入到对应的信号处理函数中。产生信号的事件对进程而言是随机出现的。信号的响应方式有忽略、捕捉、执行默认动作三种。

2. 线程安全

线程安全函数：在C语言中局部变量是在栈中分配的，任何未使用静态数据或其他共享资源的函数都是线程安全的。使用全局变量的函数是非线程安全的。使用静态数据或其他共享资源的函数，必须通过加锁的方式来使函数实现线程安全。

线程安全的(Thread-Safe)：如果一个函数在同一时刻可以被多个线程安全地调用，就称该函数是线程安全的。线程安全函数解决多个线程调用函数时访问共享资源的冲突问题。

3. 可重入

可重入（Reentrant）函数可以由多于一个线程并发使用，而不必担心数据错误。可重入函数可以在任意时刻被中断，稍后再继续运行，不会丢失数据。可重入性解决函数运行结果的确定性和可重复性。

1)        一个函数对于多个线程是可重入的，则这个函数是线程安全的；

2)        一个函数是线程安全的，但并不一定是可重入的，比如使用互斥锁实现的线程安全；

3)        可重入性要强于线程安全性。

4. Signal信号处理

信号处理函数中只能调用可重入函数，而不能调用不可重入函数。进程捕捉到信号并对其进行处理时，正在执行的正常指令序列就被信号处理程序临时中断，它首先执行该信号处理函数中的指令。如果从信号处理程序返回，则继续执行在捕捉到信号时正在执行的正常指令序列（这类似于发生硬件中断时所做的）。但在信号处理函数中，不能判断捕捉到信号时线程执行到何处。

信号处理函数默认情况下是在进程的主线程调用的，这种情况下使用不可重入函数，有可能会造成不可预知的错误。比如调用了malloc函数，为了保证malloc是线程安全的，所以内部使用了锁，根据malloc中锁的不同处理方式，分别可能会导致以下情况的发生：

1)        如果是普通锁，在主线程中malloc函数获取锁之后被signal中断，在signal处理函数中继续调用malloc，因为主线程中的malloc已经获取到了锁，signal处理函数只能等待锁释放，而主线程中的malloc函数正在等待signal处理函数返回后继续执行，这样就造成了锁死；

2)        如果是递归锁，那么signal处理函数中的malloc函数获取锁后进行内存分配，因为上次的malloc操作还没完，可能成会造成内存数据混乱。

就定时而言，可不直接使用singal alarm，而使用posix定时器，通过通知线程的方式，将定时处理函数放到单独的线程中来处理。