来自信号处理程序的 longjmp()

Question

我正在使用以下代码尝试从用户读取输入并超时并在超过 5 秒后退出。这是通过 setjmp/longjmp 和 SIGALRM 信号的组合来实现的。

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/signal.h>

jmp_buf buffer;

// this will cause t_gets() to return -2
void timeout() {
    longjmp(buffer, 1);
}

int t_gets(char* s, int t)
{
    char* ret;
    signal(SIGALRM, timeout);
    if (setjmp(buffer) != 0)
        return -2; // <--- timeout() will jump here
    alarm(t);
    // if fgets() does not return in t seconds, SIGALARM handler timeout()
    // will be called, causing t_gets() to return -2
    ret = fgets(s, 100, stdin);
    alarm(0);
    if (ret == NULL ) return -1;
    return strlen(s);
}

int main()
{
    char s[100];
    int z=t_gets(s, 5);
    printf("%d\n", z); 
}

现在，我的问题是这个功能是否有什么问题。我读过从信号处理程序调用 longjmp() 可能有未定义的行为，它到底指的是什么？

另外，如果警报在 fgets() 返回之后，但在调用 alarm(0) 之前触发怎么办？即使用户确实输入了一些内容，它是否会导致函数返回 -2？

稍后编辑： 我对改进代码的方法不感兴趣。我只是想知道它是如何失败的。

Answer 1

来自 longjmp 的手册页：

POSIX 没有指定是否 longjmp() 将恢复信号 语境。如果你想保存和 恢复信号掩码，使用siglongjmp()

您的第二个问题：是的，该函数将返回 -2，因为 longjmp() 将导致它转到 setjmp(buffer) 部分，但时间必须非常精确。

Answer 2

当行为未定义时可能会出现什么问题时，您唯一可以依靠的答案是“任何事情，包括什么都没有”。也许没有什么问题，也许你得到了一个段错误，也许你得到了鼻守护进程。

更具体的答案取决于您使用的系统和版本。例如，在Linux 发行版上（至少从 2000 年开始），内核在信号处理程序返回后执行一些任务。如果您使用 longjmp，您可能会在内核堆栈上留下垃圾，这可能会导致以后出现问题，例如在捕获信号时错误地返回程序正在执行的代码（在示例中调用 'fgets'）。或者不。

在信号处理程序中调用 longjmp 也可以（通常，但在您的示例中可能不是）引入 security hole。

Answer 3

另一种使fgets 纾困的好方法（或丑陋，取决于您的观点）是：

int tmp = dup(0);
ret = fgets(s, 100, stdin);
if (!ret && errno == EBADF) clearerr(stdin);
dup2(tmp, 0);
close(tmp);

在信号处理程序中：

close(0);

据推测，即使在没有 sigaction 和 BSD signal 语义的古老系统上，这也适用。

Answer 4

我认为您不需要使用setjmp/longjmp。 fgets 应该被信号中断（errno 设置为 EINTR），尽管您可能需要使用 sigaction(...) 而不是 signal(...) 来确保 SA_RESTART 是明确的。

void timeout(int) {
   // doesn't actually need to do anything
}
int t_gets(char* s, int t)
{
    char* ret;
    struct sigaction action = {0};
    action.sa_handler = timeout;
    sigaction(SIGALRM, &action, NULL);
    alarm(t);
    // if fgets() does not return in t seconds, SIGALARM handler timeout()
    // will be called, interrupting fgets and causing t_gets() to return -2
    ret = fgets(s, 100, stdin);
    // even if the alarm is called after fgets returns, it won't erroneously cause
    // t_gets to return -2
    int err = errno;
    alarm(0);
    if (ret == NULL) { 
        switch (err) {
        case EINTR:
            return -2;
        // add other cases as warranted
        default:
            return -1;
        }
    }
    return strlen(s);
}

Answer 5

关于您的第二个问题，您可以添加一个锁，当主线程通过 fgets 调用时阻止返回 -2。

Answer 6

如果警报在之后触发怎么办 fgets() 返回，但在 alarm(0) 之前 叫什么？

您可以初始化 ret（可能为 NULL）并在 if(setjmp()) 语句的主体中检查：

/* NOT TESTED */
int t_gets(char* s, int t)
{
    char* ret = NULL;
    signal(SIGALRM, timeout);
    if (setjmp(buffer) != 0) {
        // timeout() will jump here
        if (ret == NULL) {
            return -2;
        } else {
            goto end_of_function;
        }
    }
    alarm(t);
    // if fgets() does not return in t seconds, SIGALARM handler timeout()
    // will be called, causing t_gets() to return -2
    ret = fgets(s, 100, stdin);
end_of_function:
    alarm(0);
    if (ret == NULL ) return -1;
    return strlen(s);
}

Answer 7

您可以将 longjmp/setjmp 替换为 siglongjmp/sigsetjump，这样就不会出现 jmp 后未定义信号上下文的问题。您可能并不真正关心这里，因为您没有明确更改掩码。我忘记了掩码是否被信号调用本身改变了。

也许更大的问题是确保您的代码是信号安全的。例如， fgets() 是否获取任何互斥体（可能隐含地作为 malloc 调用的一部分）？如果是这样，并且您的计时器在该互斥锁被持有时关闭，那么下次您尝试进行堆分配时，您的程序就会烤面包。