避免 fork()/SIGCHLD 竞争条件答案

【问题标题】：Avoiding a fork()/SIGCHLD race condition避免 fork()/SIGCHLD 竞争条件
【发布时间】：2010-09-25 07:30:51
【问题描述】：

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);
    }
  }

在上面的例子中有一个竞争条件。 "/* child stuff */" 可能在 "/* parent stuff */" 开始之前完成，这可能导致孩子的 pid 在退出后被添加到孩子列表中，并且永远不会被删除。当应用程序关闭时，父母将无休止地等待已经完成的孩子完成。

我能想到的一个解决方案是有两个列表：started_children 和 finished_children。我现在添加到started_children 的位置与我现在添加到children 的位置相同。但在信号处理程序中，不是从children 中删除，而是添加到finished_children。当应用关闭时，父母可以简单地等到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，例如分享家长的孩子名单，让孩子.add和.remove自己？但我对这方面了解不多。

编辑：另一个可能的解决方案是首先想到的，就是在/* child stuff */ 的开头添加一个sleep(1)，但这对我来说很有趣，这就是我忽略它的原因。我什至不确定它是否 100% 修复。

那么，您将如何纠正这种竞争条件？如果对此有完善的推荐模式，请告诉我！

谢谢。

【问题讨论】：

只是我还是那个信号处理程序不是异步安全的？当新的 SIGCHLD 在中间中断时，children.remove() 怎么可能实现不爆炸？

标签： c fork

【解决方案1】：

除了现有的“儿童”之外，还添加了一个新的数据结构“早逝”。这将保持孩子的内容干净。

  // 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：如果您的进程是单线程的，这可以简化——earlyDeaths 不必是容器，它只需要保存一个 pid。

【讨论】：

它并不能真正解决竞争条件 - 当父母在 if (!earlyDeaths.contains(pid)) 和 children.add(pid) 之间时，孩子可能会死去

【解决方案2】：

最简单的解决方案是在 fork() 之前用 sigprocmask() 阻止 SIGCHLD 信号，并在处理完 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阻塞信号后被调用。这是一个临界区概念 - 在您的情况下，临界区在 fork() 之前开始并在 children.add() 之后结束。

【讨论】：

我喜欢这个解决方案。不幸的是，我在 PHP 中执行此操作，并且版本中还没有 sigprocmask() :( 虽然它在 CVS 中，所以我想这只是时间问题。感谢您提供的信息。也许我应该为此使用不同的语言项目——似乎在 PHP 中也没有类似的 setproctitle()。

【解决方案3】：

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，无论哪个先发生，最终都可以归零。

【讨论】：

【解决方案4】：

也许是一种乐观算法？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 是否存在于子项中？

【讨论】：