全局变量的异步I/O问题同样属于时序竞态问题，其本质就是多个进程或者同一个进程中的多个时序（如主控程序和信号捕捉时的用户处理函数）对同一个变量进行修改时，它们的执行顺序不一样就会导致该变量最终的值不一样，从而产生不一样的结果。

多个进程或者同一个进程中的多个时序对同一个变量进行操作时，应该尽量避免使用这种变量。在编程时也应当尽量避免使用全局变量。如果非用不可，则必须考虑该全局变量的使用顺序问题，可以采用加锁的方法对全局变量进行访问。如果加锁的方式无法解决，则直接就不访问该变量，直到等待其它进程或时序访问完之后才进行访问，总之确保变量正确的访问顺序。

//分析如下父子进程交替数数程序，重点分析程序中3个sleep函数的作用，如果取消掉用户处理函数中的两个sleep函数会发生什么问题

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int n = 0, flag = 0;  //定义两个全局变量（注意了）void sys_err(char *str)
{perror(str);exit(1);
}void do_sig_child(int num)  //子进程的用户处理函数
{printf("I am child  %d\t%d\n", getpid(), n);n += 2;flag = 1;  //对全局变量的修改sleep(1);
}void do_sig_parent(int num)   //父进程的用户处理函数
{printf("I am parent %d\t%d\n", getpid(), n);n += 2;flag = 1;  //对全局变量的修改sleep(1);
}int main(void)
{pid_t pid;struct sigaction act;if ((pid = fork()) < 0)sys_err("fork");else if (pid > 0) {n = 1;          //父进程从1开始数sleep(1);       //父进程睡眠1s确保在父进程向子进程发信号之前，子进程完成了对信号的注册act.sa_handler = do_sig_parent;sigemptyset(&act.sa_mask);act.sa_flags = 0;sigaction(SIGUSR2, &act, NULL);             //注册自己的信号捕捉函数，父进程使用SIGUSR2信号do_sig_parent(0);   //父进程先进行数数，从1开始while(1) {/* wait for signal */;if (flag == 1) {                         //父进程数数完成kill(pid, SIGUSR1);flag = 0;                        //标志已经给子进程发送完信号}}} else if (pid == 0){n = 2;      //子进程从2开始数act.sa_handler = do_sig_child;sigemptyset(&act.sa_mask);act.sa_flags = 0;sigaction(SIGUSR1, &act, NULL);while(1) {/* wait for signal */;if (flag == 1) {kill(getppid(), SIGUSR2);flag = 0;}}}return 0;
}

SIGUSR1和SIGUSR2信号。用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。

上述函数的正常执行结果本应该是：父进程数1、3、5、7、······；子进程数2、4、6、8、·······，且它们之间交替数数。

父进程中的第一个sleep函数确保在父进程向子进程发送信号前，子进程已经完成了对信号的注册（因为子进程有可能失去CPU时间太长而未完成对信号的注册），否则会导致子进程收到信号被终结。

在父进程中的全局变量flag在用户处理函数中和主控程序（while循环中）都会被修改（子进程也一样），但是正确的执行顺序必须是：父进程完成数数→用户处理函数置flag为1→父进程发信号→主控程序置flag为0。flag为1确保向进程发送信号，flag为0确保信号只是发送一次，不重复发送。但是，如果其中某一个进程（父进程或子进程）在while循环中刚发送完信号就失去了CPU，还未对flag进行修改，此时另一个进程处理完信号后，再次向该进程发送信号，此时该进程接收到信号不会接着执行flag=0的操作了，会马上去处理信号，信号处理完后，才会回到主控程序执行flag=0的操作，此时显然顺序发生了颠倒，导致最终flag错误置为0。因此，该进程处理完信号后再也不会发送信号了，另一个进程也再也不会收到信号，从而更不会再发信号。两个进程都在while循环中重复判断条件，但是条件永远不满足。因此，用户捕捉函数中的两个sleep函数的作用就是确保，一个进程在向两一个进程发送信号前，另一个进程主控程序中的flag=0的操作已经执行了，确保变量值修改的正确性。

如何解决该问题呢？可以使用后续章节讲到的“锁”机制。当操作全局变量的时候，通过加锁、解锁来解决该问题（互斥访问，进程同步）。

现阶段，我们在编程期间如若使用全局变量，应在主观上注意全局变量的异步IO可能造成的问题。

上述问题虽然可以通过sleep函数来解决，但是sleep函数会导致数数效率太低，可以取消全局变量flag，让发送信号的操作在用户处理函数中完成即可。

//程序的修改和优化

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int n = 0;
pid_t pid;void sys_err(char *str)
{perror(str);exit(1);
}void do_sig_child(int num)
{printf("I am child  %d\t%d\n", getpid(), n);n += 2;kill(getppid( ) , SIGUSR2);
}void do_sig_parent(int num)
{printf("I am parent %d\t%d\n", getpid(), n);n += 2;kill(pid , SIGUSR1);
}int main(void)
{struct sigaction act;if ((pid = fork()) < 0)sys_err("fork");else if (pid > 0) {n = 1;sleep(1);act.sa_handler = do_sig_parent;sigemptyset(&act.sa_mask);act.sa_flags = 0;sigaction(SIGUSR2, &act, NULL);            do_sig_parent(0);while(1) {;}} else if (pid == 0){n = 2;act.sa_handler = do_sig_child;sigemptyset(&act.sa_mask);act.sa_flags = 0;sigaction(SIGUSR1, &act, NULL);while(1) {;}}return 0;
}