linux信号掩码函数中sig_atomic_t的用法

Question

我最近在学习《高级 Linux 编程》一书，遇到了这个问题：这本书说你应该使用 sig_atomic_t 变量类型来确保如果你在信号处理函数中设置全局标志或计数器，算术运算（即++）和将它们保存到寄存器之间不会发生上下文切换。

我的问题是：如果我们不使用 sig_atomic_t 而是使用另一种类型并且发生上下文切换，会发生什么？我的意思是，程序稍后会返回并保存它。有人能给我一个会使我们的代码不稳定或有错误的场景吗？

Answer 1

在您描述的场景中（从内存读取寄存器、更新寄存器、写入内存以及在任何这些操作之间发生上下文切换）所面临的风险是您可能会丢失在其他上下文中进行的更新。

例如：

main context:
  read i (=10) from memory to register R1
  add 5 to R1
    <interrupt. Switch to interrupt context>
    read i (=10) from memory to register R1
    add 10 to R1
    write R1 to i in memory (i = 20)
    <end of interrupt. Back to main context>
  write R1 to i in memory (i = 15)

正如您所看到的，来自中断的更新已经丢失。

如果您的类型需要多个操作才能将其写入内存并且中断发生在写入操作的中间，则会出现更大的问题。

例如：

main context:
  read first half of i (=10) from memory to register R1
  read second half of i (=10) from memory to register R2
  add 5 to R1/R2 pair
  write R1 to first half of i in memory
    <interrupt. Switch to interrupt context>
    read first half of i (= ??) from memory to register R1
    read second half of i (= ??) from memory to register R2
    add 10 to R1/R2 pair
    write R1 to first half of i in memory
    write R2 to second half of i in memory
    <end of interrupt. Back to main context>
  write R2 to second half of i in memory

在这里，不知道我最终会得到什么值。

使用sig_atomic_t，第二个问题不会发生，因为该类型保证使用原子读/写操作。

Answer 2

以下是导致不安全行为的示例：

int64_t a = 2^32-1;

void some_signal_handler()
{
   ++a;
}

void f()
{
  if( a == 0 )
    printf("a is zero");
}

假设采用 32 位架构。变量 a 实际上存储为 2 32 位整数，并以 {0,2^32-1} 开头。首先 f 将 a 的上半部分读为 0。然后出现一个信号，执行切换到信号处理程序。它将 a 从 2^32-1 增加到 2^32 a 的新值为 {1,0}。信号处理程序完成，f 继续执行。 f 将 a 的下半部分读为 0。 f 总共将 a 读为 0，这并不是有意的。

Answer 3

比从信号处理程序写入变量更好的解决方案是保持管道打开并从信号处理程序向管道写入值。这样做的好处是它可以唤醒选择（只要您在管道的读取端进行选择）而无需任何竞争条件，并且使您可以在主程序中完成信号的大部分主要处理select 循环，您可以在其中自由使用您想要的任何库函数。