c - 使用信号的进程同步是如何工作的？

Question

我最近完成了“Unix 环境中的高级编程”(第 3 版)的第 10 节(信号)，我遇到了一段我不完全理解的代码:

#include "apue.h"

static volatile sig_atomic_t sigflag; /* set nonzero by sig handler */
static sigset_t newmask, oldmask, zeromask;

static void
sig_usr(int signo)  /* one signal handler for SIGUSR1 and SIGUSR2 */
{
    sigflag = 1;
}

void
TELL_WAIT(void)
{
    if (signal(SIGUSR1, sig_usr) == SIG_ERR)
        err_sys("signal(SIGUSR1) error");
    if (signal(SIGUSR2, sig_usr) == SIG_ERR)
        err_sys("signal(SIGUSR2) error");
    sigemptyset(&zeromask);
    sigemptyset(&newmask);
    sigaddset(&newmask, SIGUSR1);
    sigaddset(&newmask, SIGUSR2);

    /* Block SIGUSR1 and SIGUSR2, and save current signal mask */
    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0)
        err_sys("SIG_BLOCK error");
}

void
TELL_PARENT(pid_t pid)
{
    kill(pid, SIGUSR2);     /* tell parent we're done */
}

void
WAIT_PARENT(void)
{
    while (sigflag == 0)
        sigsuspend(&zeromask);  /* and wait for parent */
    sigflag = 0;

    /* Reset signal mask to original value */
    if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
        err_sys("SIG_SETMASK error");
}

void
TELL_CHILD(pid_t pid)
{
    kill(pid, SIGUSR1);         /* tell child we're done */
}

void
WAIT_CHILD(void)
{
    while (sigflag == 0)
        sigsuspend(&zeromask);  /* and wait for child */
    sigflag = 0;

    /* Reset signal mask to original value */
    if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
        err_sys("SIG_SETMASK error");
}

上述例程用于(您当然知道)使用信号同步进程。虽然我自己理解每一行，但我无法看到(理解)大局。代码本身用于以下场景:为了避免我们程序中的竞争条件，在我们 fork() 之后，我们使子进程 TELL_PARENT 和 WAIT_PARENT，然后我们用 TELL_CHILD 和 WAIT_CHILD 对父进程做同样的事情。我的问题是:

1.) 当 child 都使用自己的变量集(副本)时，他们如何通过变量与其 parent 进行通信？是不是因为 child 不直接修改 sigflag 而是通过信号处理程序( parent 也是如此)？
2.) 为什么我们需要阻塞 SIGUSR1 和 SIGUSR2 然后用 sigprocmask 解除阻塞？

使用其中三个例程的程序可以是(取自书中):

#include "apue.h"

static void charatatime(char *);

int
main(void)
{
    pid_t   pid;

    TELL_WAIT();

    if ((pid = fork()) < 0) {
        err_sys("fork error");
    } else if (pid == 0) {
        WAIT_PARENT();      /* parent goes first */
        charatatime("output from child\n");
    } else {
        charatatime("output from parent\n");
        TELL_CHILD(pid);
    }
    exit(0);
}

static void
charatatime(char *str)
{
    char    *ptr;
    int     c;

    setbuf(stdout, NULL);           /* set unbuffered */
    for (ptr = str; (c = *ptr++) != 0; )
        putc(c, stdout);
}

干杯，

Answer 1

1) 他们不是通过“变量”进行通信——这里使用的唯一通信工具是 kill功能。我们通过调用 kill 来“告诉”事情，我们“等待”被告知 sigsuspend . sig_flag不是共享的，它是每个进程的本地状态，它表示这个特定进程是否已被另一个“告知”。

2) 信号在 fork 之前没有被阻塞吗？ ，父进程可以在子进程开始等待之前将信号发送给子进程。也就是说，时间线可能是这样的:

前叉

父获取时间片，使用 kill 向子发送信号

child得到时间片，等待信号

但是这个信号 已经发货 ，因此无限期地等待。因此，我们必须确保在子进程开始等待循环之前没有将信号传递给它。为此，我们在 fork之前屏蔽了它, 和 原子 解除封锁并开始等待。原子性是关键；将此操作作为两个独立的步骤执行，无法实现所需的不变性，因为信号可以在其间传递。