c - 使用 Pipe()、fork() 和信号处理来管理程序中的内存和管道/套接字

Question

使用fork、pipe和signal.h信号处理。 STDIN 用于快速模拟与网络服务器的套接字连接。伪代码:

struct message_t {
    uint32_t length;
    uint8_t *data;
};

int is_shutdown = 0;

void signal_handler(int) {
    //set is_shutdown if SIGINT
}

int main() {
    //initialize
    pipe();
    fork();

    if (parent) {
        while(!is_shutdown) {
            //0. initialize variables, buffer, message_t
            //1. read string of unknown length from STDIN (or socket) to a buffer
            //2. malloc() message_t and fill it's fields
            //3. write() message_t to pipe
            //4. free() message_t
        }
    }

    if (child) {
        while(!is_shutdown) {
            //0. initialize variables, message_t
            //1. read() message_t: read length, malloc() buffer, read data
            //2. execute command
            //4. free() message_t
        }   
    }

    //close pipe
}

有几件事让我困惑:

1. 我应该在信号处理程序中close()pipe吗？
2. 我不完全明白发送消息(父级)后消息(它的内存)会发生什么。我应该在 write() 之后free() 缓冲区吗？
3. 如何处理信号处理程序的资源释放。我是否应该将缓冲区和 fd 实现为全局变量，以便从信号处理程序访问它们
4. is_shutdown 标志和进程间通信。我的理解是否正确，父级和子级不会将 is_shutdown 共享为同一个变量(它们是副本)并且更改一个不会更改另一个？
5. 信号处理程序和 main 并发访问 is_shutdown 怎么样？有什么隐藏的细节，比如通过多线程实现并发吗？
6. 当一个进程关闭时，另一个进程仍然在工作。如果管道发生问题，我将无法通知对方。我应该希望收到 SIGPIPE 吗？
7. 我怀疑从性能的角度来看，在父级 while 循环的每次迭代中调用 malloc() 并不明智。但是定义“足够大”的缓冲区感觉就像一个黑客(如果有一天它不够大怎么办)。我错了吗？

我对 C 语言及其内存和资源管理还很陌生:从用于强大的基于 Intel 的服务器/桌面的 C++14 开发切换到用于约 180MHz ARM 嵌入式系统的 C 开发，所以我可能会太担心并忘记一些明显的事情事情。

Answer 1

1. 不，你不应该。在信号处理程序中您应该做的唯一事情是设置is_shutdown。
2. write 进行复制。 write 返回后，可以安全地重用或释放缓冲区。 (不过，请确保处理短写入。)
3. 你不知道。同样，您在信号处理程序中应该做的唯一事情就是设置is_shutdown。 while 循环终止后清理 parent 和 child block 。
4. 是的，每个进程都有一个独立的副本。您还应该知道，通过这种设计，如果您从终端运行该程序，然后在其中键入 ^C，内核将在这两个进程上触发 SIGINT，因为它们都位于同一进程组中。
5. is_shutdown 需要使用 volatile sig_atomic_t 类型进行声明，并且，对于像这样的简单程序，除了信号处理程序之外，不应该由任何其他程序写入它。此外，信号处理程序不应读取其值，而应仅设置它。根据您未向我们展示的代码的详细信息，在不使用 SA_RESTART 的情况下安装信号处理程序可能是合适的，以便它中断阻塞的系统调用。
6. 对此，您唯一需要做的就是确保通信 channel 的每一端都能妥善处理另一端的突然断开连接。
   • 如果这是最终成为网络服务器和客户端的模型，则在开始测试突然断开连接之前，您应该从使用 pipe 更改为使用 socketpair，因为socketpair fds 的行为更像真实的网络套接字。
7. I/O 开销可能比 malloc 开销大得多。在这个阶段担心 malloc 开销是不成熟的优化。