信号（Signals）
参考链接：具体例子
信号是 UNIX 和类 UNIX 操作系统（如 Linux）中进程间通信的一种机制。一个信号就是一个异步的通知，发送给进程以告知它发生了某个事件。当一个信号发送给进程时，操作系统中断了进程的正常控制流程，通常情况下，进程可以通过预定义的方式对信号做出反应：
- 忽略信号。
- 按默认方式处理信号（如终止进程、停止（暂停）进程、忽略信号等）。
- 捕获信号并执行一个信号处理函数，这个函数是由程序员定义的，可以在程序运行时动态地指定。
常见的信号包括：
SIGINT：中断信号，通常是由用户按下Ctrl+C产生的。SIGKILL：终止信号，用来立即终止程序的运行。SIGTERM：软件终止信号，通常用来请求程序正常退出。SIGSEGV：段错误信号，当程序尝试非法访问内存时产生。
信号竞态（Signal Race Conditions）
信号竞态是指程序对信号处理不当导致的一种竞态条件。竞态条件是指程序的行为（输出或结果）依赖于事件或条件的顺序或时序，特别是当这些事件或条件的控制超出程序的控制时。
在信号处理的上下文中，信号竞态通常是指：
- 在信号到达并被处理的时间窗口内，进程的状态可能发生改变，导致处理信号时基于错误假设。
- 多个信号几乎同时到达时，由于信号处理通常是不可重入的，如果在处理一个信号时另一个信号到达，并且对信号的处理顺序敏感，则可能导致未定义的行为。
- 如果信号处理程序中访问了共享资源，而这些资源也被进程的其他部分访问，则如果没有适当的同步机制，就可能导致数据不一致。
解决信号竞态
解决信号竞态的策略包括：
- 使用同步机制（如互斥锁）来保护信号处理程序中的共享资源访问，但要注意在信号处理程序中使用死锁风险较高的同步机制（如互斥锁）需要格外小心。
- 在可能的情况下，避免在信号处理程序中执行复杂的操作。例如，可以设置一个标志（volatile sig_atomic_t类型的变量）在信号处理程序中，然后在程序的主循环中检查该标志。
- 使用
sigaction系统调用来设置信号处理程序，它提供了比signal调用更多的控制，包括能够阻塞在信号处理程序执行期间到达的其他信号。
正确处理信号和避免信号竞态是编写健壮的 UNIX/Linux 程序的关键部分。
信号竞态的一个典型例子是当两个信号几乎同时到达一个进程，并且这两个信号的处理函数需要访问和修改同一全局变量时。
考虑以下情景：
假设有一个程序正在执行某些任务，并且使用了两个全局变量 counter 和 flag 来控制程序流程。程序注册了两个信号处理函数：一个用于处理 SIGUSR1 信号，另一个用于处理 SIGUSR2 信号。处理 SIGUSR1 的函数会增加 counter 的值，而处理 SIGUSR2 的函数会检查 counter 的值，并在满足特定条件时修改 flag。
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>volatile sig_atomic_t counter = 0;
volatile sig_atomic_t flag = 0;void handle_sigusr1(int sig) {counter++;
}void handle_sigusr2(int sig) {if (counter > 10) {flag = 1;}
}int main() {struct sigaction sa1, sa2;sa1.sa_handler = handle_sigusr1;sigemptyset(&sa1.sa_mask);sa1.sa_flags = 0;sa2.sa_handler = handle_sigusr2;sigemptyset(&sa2.sa_mask);sa2.sa_flags = 0;sigaction(SIGUSR1, &sa1, NULL);sigaction(SIGUSR2, &sa2, NULL);while (!flag) {pause(); // Wait for signals}printf("Exiting because flag is set.\n");return 0;
}
现在，考虑这样一种情况，两个信号 SIGUSR1 和 SIGUSR2 几乎同时被发送到程序。理想情况下，你希望先处理 SIGUSR1 以增加 counter 的值，然后处理 SIGUSR2 来检查 counter 是否超过了某个阈值，并可能设置 flag。但是，如果两个信号的处理几乎同时发生，或者 SIGUSR2 的处理在 counter 增加之前就完成了，可能会导致 flag 没有在预期的 counter 值时被设置。
这种情况下的竞态条件来源于信号处理的异步性和不确定的顺序。如果没有适当的机制来保证对全局变量的访问和修改的原子性，程序的行为就可能变得不可预测。
为了避免这种竞态，一种方法是在每个信号处理函数中阻塞另一个信号，直到信号处理完成。这可以通过修改 sa_mask 来实现，确保在处理一个信号时，另一个信号不会中断：
sigaddset(&sa1.sa_mask, SIGUSR2); // Block SIGUSR2 while handling SIGUSR1
sigaddset(&sa2.sa_mask, SIGUSR1); // Block SIGUSR1 while handling SIGUSR2
这样做可以减少竞态条件的风险，但设计信号处理逻辑时仍需谨慎，以确保程序的健壮性和正确性。
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