竞态条件与sigsuspend函数

一、竞态条件

竞态条件（Race Condition）指的是多个进程或线程在访问共享资源时，由于执行顺序不确定而导致的结果不同（即取决于执行顺序）。通常情况下，这种情况是由于在并发执行时的执行顺序不确定造成的。竞态条件是并发编程的常见问题之一，如果不加以控制可能会导致程序的错误行为或者内存泄漏等问题。由于竞态条件的存在不易被察觉，因此难以调试。

竞态条件的解决方法通常是采用同步技术。例如，通过加锁来确保某个共享资源同一时间只能被一个进程访问，从而避免多个进程同时操作同一资源所带来的问题。常见的同步技术包括：互斥锁、条件变量、信号量等。

以下是一个简单的案例说明竞态条件：

```c

#include

#include

#include

#include

#define THREAD_NUM 5

int g_count = 0; // 全局变量

void* thread_func(void* arg) {

int i;

for (i = 0; i < 100000; i++) {

g_count++; // 全局变量加1

}

return NULL;

}

int main() {

int i;

pthread_t threads[THREAD_NUM];

for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {

pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);

}

for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {

pthread_join(threads[i], NULL);

}

printf("g_count = %d\n", g_count); // 打印全局变量

return 0;

}

```

以上代码创建了5个线程，每个线程都会对全局变量g_count进行递增操作。因为线程之间的执行顺序是不确定的，所以g_count的最终值也是不确定的。

二、sigsuspend函数

sigsuspend函数的原型如下：

```c

int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);

```

sigsuspend函数的作用是临时用参数sigmask指向的信号掩码屏蔽当前进程。与pause函数不同的是，sigsuspend函数在等待信号时不会阻塞进程，而是暂时将进程阻塞，直到接收到信号或者捕捉到信号处理程序并从该程序中返回才会返回。

sigsuspend函数的流程如下：

1. 保存进程当前的信号掩码；

2. 用参数sigmask指向的信号掩码取代当前进程的信号掩码；

3. 阻塞进程直到接收到一个信号或者从捕捉到的信号处理程序中返回；

4. 恢复进程之前保存的信号掩码；

5. 返回。

以下是一个简单的示例程序，用来演示sigsuspend函数的使用：

```c

#include

#include

#include

#include

void sig_handler(int signo) {

if (signo == SIGINT) {

printf("received SIGINT\n");

}

}

int main() {

signal(SIGINT, sig_handler);

sigset_t new_mask, old_mask, wait_mask;

sigemptyset(&wait_mask);

sigaddset(&wait_mask, SIGUSR1);

sigemptyset(&new_mask);

sigaddset(&new_mask, SIGINT);

if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask) < 0) {

perror("sigprocmask error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

printf("blocking SIGINT\n");

sleep(5);

printf("sigsuspend starting\n");

fflush(stdout);

sigsuspend(&wait_mask);

printf("sigsuspend returned\n");

if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL) < 0) {

perror("sigprocmask error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

printf("SIGINT unblocked\n");

sleep(5);

return 0;

}

```

以上代码在主函数中先阻塞了SIGINT信号，然后调用sigsuspend函数等待SIGUSR1信号。当接收到SIGUSR1信号后，sigsuspend函数才会返回。在sigsuspend函数返回之后，又恢复了之前的信号掩码，解除了对SIGINT信号的屏蔽。

三、sigsuspend函数与竞态条件的关系

在涉及信号处理的并发程序中，sigsuspend函数非常容易导致竞态条件。一般而言，sigsuspend函数被用来等待信号处理程序的执行完成，但是如果多个线程或者进程都在等待同一个信号，则很容易导致竞态条件。

以下是一个简单的示例程序，用来演示sigsuspend函数导致竞态条件的情况：

```c

#include

#include

#include

#include

#include

void* thread_func(void* arg) {

int* p = (int*)arg;

sleep(*p);

printf("%d: sending SIGUSR1\n", *p);

fflush(stdout);

pthread_kill(pthread_self(), SIGUSR1);

return NULL;

}

void sig_handler(int signo) {

if (signo == SIGUSR1) {

printf("received SIGUSR1\n");

sleep(1);

}

}

int main() {

signal(SIGUSR1, sig_handler);

sigset_t mask;

sigemptyset(&mask);

sigaddset(&mask, SIGUSR1);

if (pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL) != 0) {

perror("pthread_sigmask error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

pthread_t thread1, thread2;

int arg1 = 2;

int arg2 = 1;

pthread_create(&thread1, NULL, thread_func, &arg1);

pthread_create(&thread2, NULL, thread_func, &arg2);

sigset_t mask2;

sigemptyset(&mask2);

sigaddset(&mask2, SIGUSR1);

while (1) {

sigsuspend(&mask2);

}

return 0;

}

```

以上代码创建了两个线程，每个线程都会在一定的时间后向自身发送SIGUSR1信号。主函数使用sigsuspend函数等待SIGUSR1信号的到来。由于sig_handler函数中有一个sleep操作，所以当两个线程同时运行时，可能会导致竞态条件，从而导致程序出现异常。此处不同的执行顺序可能会导致不同的结果。

四、总结

竞态条件和sigsuspend函数是多线程、多进程编程中的经典问题与经典技巧。了解竞态条件可以帮助我们避免同时访问共享资源时产生的错误行为，而对于sigsuspend函数的正确使用，则可以提高程序的性能和可靠性。在使用sigsuspend函数时，我们应该注意多个线程或进程等待同一个信号时可能会导致竞态条件的问题。如果多个线程或进程都需要等待同一个信号，则最好使用条件变量等同步机制来避免竞态条件的出现。 如果你喜欢我们三七知识分享网站的文章， 欢迎您分享或收藏知识分享网站文章 欢迎您到我们的网站逛逛喔！https://www.37seo.cn/