避免 fork()/SIGCHLD 竞争条件

Question

请考虑以下 fork()/SIGCHLD 伪代码。

  // main program excerpt
    for (;;) {
      if ( is_time_to_make_babies ) {

        pid = fork();
        if (pid == -1) {
          /* fail */
        } else if (pid == 0) {
          /* child stuff */
          print "child started"
          exit
        } else {
          /* parent stuff */
          print "parent forked new child ", pid
          children.add(pid);
        }

      }
    }

  // SIGCHLD handler
  sigchld_handler(signo) {
    while ( (pid = wait(status, WNOHANG)) > 0 ) {
      print "parent caught SIGCHLD from ", pid
      children.remove(pid);
    }
  }

在上面的例子中存在一个竞争条件。 “/* child stuff */”有可能在“/*parent stuff */”开始之前完成，这可能会导致子进程的 pid 被添加到列表中退出后的孩子，并且永远不会被删除。 当应用程序关闭时，父级将无休止地等待已经完成的子级完成。

我能想到的解决这个问题的一个解决方案是有两个列表：started_children 和 finished_children。 我将在现在添加到 children 的同一位置添加到 started_children。 但在信号处理程序中，我不是从 children 中删除，而是添加到 finished_children。 当应用关闭时，父级只需等待，直到 started_children 和 finished_children 之间的差异为零。

我能想到的另一个可能的解决方案是使用共享内存，例如共享父级的子级列表并让子级自己.add和.remove？ 但我对此了解不多。

编辑：另一个可能的解决方案，这是首先想到的，是简单地在 /* child stuff */ 的开头添加一个 sleep(1) 但这对我来说很奇怪，这就是我把它排除在外的原因。 我什至不确定这是否是 100% 修复。

那么，您将如何纠正这种竞争条件？ 如果有一个完善的推荐模式，请告诉我！

谢谢。

Answer 1

最简单的解决方案是在 fork() 之前使用 sigprocmask() 阻止 SIGCHLD 信号，并在处理 pid 后在父代码中取消阻止它。

如果孩子死了，SIGCHLD 的信号处理程序将在您解除信号阻塞后被调用。 这是一个关键部分的概念 - 在您的情况下，关键部分在 fork() 之前开始，在 children.add() 之后结束。

Answer 2

如果您不能使用关键片段，也许一个简单的计数器可以完成这项工作。 添加时+1，删除时-1，无论哪一个先发生，当一切完成后你最终都会得到零。

Answer 3

除了现有的“儿童”之外添加一个新的数据结构“早期死亡”。 这将使儿童的物品保持清洁。

  // main program excerpt
    for (;;) {
      if ( is_time_to_make_babies ) {

        pid = fork();
        if (pid == -1) {
          /* fail */
        } else if (pid == 0) {
          /* child stuff */
          print "child started"
          exit
        } else {
          /* parent stuff */
          print "parent forked new child ", pid
          if (!earlyDeaths.contains(pid)) {
              children.add(pid);
          } else {
              earlyDeaths.remove(pid);
          }
        }

      }
    }

  // SIGCHLD handler
  sigchld_handler(signo) {
    while ( (pid = wait(status, WNOHANG)) > 0 ) {
      print "parent caught SIGCHLD from ", pid
      if (children.contains(pid)) {
          children.remove(pid);
      } else {
          earlyDeaths.add(pid);
      }
    }
  }

编辑：如果你的进程是单线程的，这可以简化——earlyDeaths 不必是一个容器，它只需要保存一个 pid 即可。

Answer 4

也许是乐观算法？ 尝试children.remove(pid)，如果失败，继续生活。

或者在尝试删除之前检查 pid 是否在子进程中？