带有长信号处理程序的计时器问题 (SIGALARM)

Question

有一个定时器每 1 秒发出一次信号 SIGALARM。休眠的信号处理程序 注册 2 秒。发生什么了？具体来说，我有以下代码，其中进程运行多个线程。有趣的是，使用这个长信号处理程序，看起来其他线程被阻止执行......谁能解释为什么会这样？

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> //rand
#include <sys/wait.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <pthread.h>
#define NUM_THREADS 2

int init_timer(int real_time, int msec) {
    struct itimerval timeslice;
    timeslice.it_interval.tv_sec = msec / 1000;
    timeslice.it_interval.tv_usec = (msec % 1000) * 1000;
    timeslice.it_value.tv_sec = msec / 1000;
    timeslice.it_value.tv_usec = (msec % 1000) * 1000;
    setitimer(real_time ? ITIMER_REAL : ITIMER_VIRTUAL, &timeslice, NULL);
    return 0;
}

void install_handler(int signo, void(*handler)(int)) {
    sigset_t set;
    struct sigaction act;

    /* Setup the handler */
    act.sa_handler = handler;
    act.sa_flags = SA_RESTART;
    sigaction(signo, &act, 0);

    /* Unblock the signal */
    sigemptyset(&set);
    sigaddset(&set, signo);
    sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);
    return;
}

void timerTest(int signo)
{
    printf("000\n");
    sleep(1);
    printf("111\n");
}

void * threadTest(void * threadId)
{
    while(true)
    {
        printf("222\n");
    }
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int real_time = 1;
    int tick_msec = 10;
    init_timer(real_time, tick_msec);
    install_handler(real_time ? SIGALRM : SIGVTALRM, &timerTest);

    pthread_t threads[NUM_THREADS];
    int rc;
    long t;
    for (t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {
        rc = pthread_create(&threads[t], NULL, threadTest, (void *) t);
        if (rc) {
            exit(-1);
        }
    }

    void * status;
    for (t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {
        rc = pthread_join(threads[t], &status);
        if (rc) {
            exit(-1);
        }
    }
    pthread_exit(NULL);
}

打印输出：

222
222
222
222
...
222
000
111
000
111
...

第一个 111 出现后不会有 222 吗？为什么会这样？

Answer 1

信号被传递到特定线程，因此信号处理程序在特定线程（信号被传递到的线程）中运行。如果信号被传递给写出222\n 的线程，那么该线程必须停止写出222\n 并运行信号处理程序。您的示例信号处理程序需要一整秒才能运行，因此该线程可能不会写出 222\n。

此外，由于您使用printf 写出所有这些字节，因此在 libc 中进行了一些锁定。由于printf 不是“异步信号安全”函数，因此实际上未定义在信号处理程序中使用它会发生什么。您观察到的行为的一种可能解释是这样的。如果在该线程持有 stdout 锁的情况下将信号传递给该线程，则在处理程序返回并且该线程中运行的“正常”代码可以释放锁之前，其他线程将无法写入 stdout。但是，在这种情况下，信号处理程序仍然可以写入标准输出，因为锁是一个 rlock，可以在任何特定线程中重复获取。不过，这可能因特定平台、C 库、线程库或月相而异。不过，您的示例很容易转换为使用 write(2)，它演示了或多或少相同的问题行为，具有或多或少相同的修复，并且不依赖于未定义的行为。

如果您在222\n 线程中SIG_BLOCK 定时器信号，则信号处理程序将始终在主线程中运行，并且您将在信号处理程序休眠时继续获得222\n 输出。

Seth 还提出了一个很好的观点，即仅在信号处理程序中使用安全函数。使用任何其他意味着您的程序的行为是未定义的。

Answer 2

通常，当您在信号处理程序中时，信号（或至少该信号）会被阻塞。在信号处理程序中做很多事情也是一个坏主意。通常你应该设置一个变量或类似的东西，然后在你正常的代码路径中处理信号。

查看 sigaction 的 SA_NODEFER 标志，了解允许或拒绝在信号处理程序中接收信号的方法。

还有数量有限的函数可以安全地从信号处理程序内部调用。 signal(7) 手册页对此进行了描述。 “信号处理函数必须非常小心，因为其他地方的处理可能会在程序执行的某个任意点被中断。POSIX 有“安全函数”的概念。如果信号中断了不安全函数的执行，则处理程序调用一个不安全的函数，那么程序的行为是未定义的"

从信号处理程序内部调用不安全函数的程序损坏。在某些机器上它会 “工作”;在其他人它将核心转储。允许做任何事情或 什么都没有，包括重新格式化磁盘，使用户受到 沙哑的 Barry Manilow 唱片倒放，或丢下 tacnuke 在达拉斯。试图调用一个不安全的函数会使程序进入未定义行为的模糊地带。

向老鼠道歉。

Answer 3

在信号处理程序中使用printf 是不正确的。

关于将要处理 SIGALARM 的线程，您可能会发现一些关于信号阻塞 here 的有用信息。这篇文章包含启发性的 Linux 内核代码。本质上，如果要接收信号，则信号由主线程处理。如果没有，它将由任何其他需要它的线程处理。您可以使用 pthread_sigmask(3)

屏蔽线程中的特定信号