【hello Linux】可重入函数、volatile和SIGCHLD信号

目录

1. 可重入函数

2. volatile

3. SIGCHLD信号

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Linux！ 

1. 可重入函数

先来谈一下重入函数的概念：重入函数便是在该函数还没有执行完毕便重复进入该函数（一般发生在多线程中）；

可重入函数：一个函数一旦重入，对原函数功能不会出现问题（内存泄漏等）；

不可重入函数：一个函数一旦重入，对原函数功能有可能出现问题；

什么意思呢？下面给一个具体的例子方便大家理解：

• main函数调用insert函数向一个链表head中插入节点node1,插入操作分为两步,刚做完第一步的时候,因为硬件中断使进程切换到内核,再次回用户态之前检查到有信号待处理,于是切换到sighandler函数,sighandler也调用insert函数向同一个链表head中插入节点node2,插入操作的 两步都做完之后从sighandler返回内核态,再次回到用户态就从main函数调用的insert函数中继续 往下执行,先前做第一步之后被打断,现在继续做完第二步。结果是,main函数和sighandler先后向链表中插入两个节点,而最后只有一个节点真正插入链表中了。
• 像上例这样,insert函数被不同的控制流程调用,有可能在第一次调用还没返回时就再次进入该函数,这称为重入,insert函数访问一个全局链表,有可能因为重入而造成错乱,像这样的函数称为不可重入函数,反之,如果一个函数只访问自己的局部变量或参数,则称为可重入(Reentrant) 函数。

如果一个函数符合以下条件之一则是不可重入的 :

• 调用了malloc或free,因为malloc也是用全局链表来管理堆的。
• 调用了标准I/O库函数。标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构。

注意：可重入函数/不可重入函数，只是一种特性而已，并无优劣好坏之分；

2. volatile

volatile其实是C语言中的一个关键字，还是比较冷门的，虽然冷门但不意味着不重要；

volatile 作用：保持内存的可见性，告知编译器，被该关键字修饰的变量，不允许被优化，对该变

量的任何操作，都必须在真实的内存中进行操作；

下面给出几个例子方便大家理解：

示例一： 

  #include     
  #include                                                                                                                                            
      
  int flag = 0;    
      
  void handler(int signo)    
  {    
    printf("change flag 0 to 1!\n");    
    flag = 1;    
  }    
      
  int main()    
  {    
    signal(2,handler);    
    while(!flag);    
    printf("process quit normal!\n");    
    return 0;    
  }    

标准情况下，键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉，执行自定义动作，修改 flag＝1 ， while 条件不

满足,退出循环，进程退出；

示例二：gcc 进行一定程度的优化

对 makefile 文件进行修改再编译，-O3表示优化级数； 

优化情况下，键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉，执行自定义动作，修改 flag＝1 ，但是 while 条

件依旧满足,进程继续运行！但是很明显flag肯定已经被修改了，但是为何循环依旧执行？很

明显， while 循环检查的flag，并不是内存中最新的flag，这就存在了数据二异性的问题。

while 检测的flag其实已经因为优化，被放在了CPU寄存器当中。

示例三：volatile进行修饰

  #include     
  #include     
      
  volatile int flag = 0;                                                                                                                           
      
  void handler(int signo)    
  {    
    printf("change flag 0 to 1!\n");    
    flag = 1;    
  }    
      
  int main()    
  {    
    signal(2,handler);    
    while(!flag);    
    printf("process quit normal!\n");    
    return 0;    
  }   

可以看到结果正确；

使用 volatile 修饰 flag 保持内存的可见性，告知编译器，被该关键字修饰的变量，不允许被

优化，对 flag 变量的任何操作，都必须在真实的内存中进行操作；

vloatile 还有一个作用：防止指令重排（一条C/C++指令进行编译后可能形成多条汇编代码，

volatile可保证多条汇编代码的顺序不会发生改变），这个了解下就好；

 3. SIGCHLD信号

进程一章讲过用 wait 和 waitpid 函数清理僵尸进程 , 父进程可以阻塞等待子进程结束 , 也可以非阻

塞地查询是否有子进程结束等待清理(也就是轮询的方式) 。采用第一种方式 , 父进程阻塞了就

不能处理自己的工作了;采用第二种方式 , 父进程在处理自己的工作的同时还要记得时不时地轮

询一 下, 程序实现复杂。

其实， 子进程在终止时会给父进程发 SIGCHLD 信号 , 该信号的默认处理动作是忽略， 父进程

可以自定义 SIGCHLD 信号的处理函数， 这样父进程只需专心处理自己的工作， 不必关心子进

程了， 子进程终止时会通知父进程 , 父进程在信号处理函数中调用wait 清理子进程即可。

事实上 , 由于 UNIX 的历史原因 , 要想不产生僵尸进程还有另外一种办法 : 父进程调用 sigaction 将

SIGCHLD 的处理动作置为SIG_IGN， 这样 fork 出来的子进程在终止时会自动清理掉 , 不会产生

僵尸进程 , 也不会通知父进程。系统默认的忽略动作和用户用sigaction 函数自定义的忽略通常

是没有区别的 , 但这是一个特例。此方法对于 Linux 可用 , 但不保证在其它UNIX 系统上都可用。

下面编写代码对上述所说的内容进行一个验证：

代码1：子进程在退出时候会发送SIGCHLD信号？

#include     
#include     
#include     
                                                                                            
void handler(int signo)    
{    
  printf("get a signal,signo:%d\n",signo);    
}    
    
int main()    
{    
  //对信号捕捉    
  signal(SIGCHLD,handler);    
    
  //创建子进程    
  if(fork()==0)    
  {    
    //child    
    printf("I am a child,I quit...!\n");    
    sleep(1);    
    return 0;    
  }    
  //parent    
  while(1)    
  {    
    ;    
  }    
  return 0;    
}    

 经过证实，子进程在退出时会发送 17)SIGCHLD 信号；

代码2：可以在SIGCHLD自定义捕捉时，waitpid子进程？

#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
    
void handler(int signo)    
{    
  printf("get a signal!signo:%d\n",signo);    
  sleep(1);    
  while(1)    
  {    
    waitpid(-1,NULL,WNOHANG);    
  }    
}    
    
int main()    
{    
  //捕捉信号    
  signal(SIGCHLD,handler);    
  //创建子进程    
  if(fork()==0)    
  {    
    //child    
    printf("I am a child!\n");    
    sleep(1);    
    return 0;                                                         
  }    
  while(1);    
  return 0;    
}    

 由上我们可以看到子进程的3种状态的切换，S（在1S输出I am a child）——>Z（sleep1S后才waitpid）——>被清理；

代码3：直接在收到SIGCHLD时，进行忽略处理，不形成僵尸，直接处理；

#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  //捕捉信号    
  signal(SIGCHLD,SIG_IGN);                                                             
  //创建子进程    
  if(fork()==0)    
  {    
    //child    
    printf("I am a child!\n");    
    sleep(1);    
    return 0;    
  }    
  while(1);    
  return 0;    
}