C语言 使用信号的过程同步如何工作

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");
}

上面的例程用于（如您所知）使用信号同步进程。虽然我自己理解每一条线，但我看不到（理解）大局。代码本身用于以下场景：为了避免程序中的竞争条件，在 fork（） 之后，我们让子进程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.） 当孩子都使用自己的一组（副本）变量时，孩子如何通过变量与其父级进行通信？是因为子项不直接修改 sigflag，而是通过信号处理程序修改（父项也是如此）？2.） 为什么我们需要阻止SIGUSR1和SIGUSR2然后用 sigprocmask 取消阻止它？

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 childn");
    } else {
        charatatime("output from parentn");
        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）它们不是通过"变量"进行通信 - 这里使用的唯一通信工具是kill函数。我们通过调用kill来"告诉"事情，我们"等待"sigsuspend被告知。 sig_flag不是共享的，它是每个进程的本地状态，它说明这个特定进程是否已被另一个进程"告知"。

2）如果在fork之前信号没有被阻止，父进程可以在孩子开始等待之前将信号发送给孩子。也就是说，时间线可以是这样的：

• 叉
• 父级获取时间片，向子级发送信号kill
• 子项获取时间片，并等待信号

但是这个信号已经发出了，所以无限期地等待。因此，我们必须确保信号在启动等待循环之前不会传递到子进程。为此，我们在fork之前阻止它，并以原子方式解锁它并开始等待它。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，因为信号可以在两者之间传递。