面试题：C语言信号处理中的竞争条件

竞争条件出现的情况：
- 当信号处理函数与主程序共享某些资源（如全局变量），且它们对这些共享资源的访问顺序不可预测时，就会出现竞争条件。例如，主程序正在对共享资源进行写操作，还未完成时信号发生，信号处理函数开始执行，也对该共享资源进行读写操作，这就可能导致数据不一致。
避免竞争条件的方法：
- 使用互斥锁（Mutex）：
  - 在C语言中，可以使用POSIX线程库（pthread）中的互斥锁来保护共享资源。
  - 首先，需要包含<pthread.h>头文件。
  - 定义一个互斥锁变量，例如pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  - 在主程序对count进行累加操作前，调用pthread_mutex_lock(&mutex);获取互斥锁，操作完成后调用pthread_mutex_unlock(&mutex);释放互斥锁。
  - 在信号处理函数中读取count前，同样调用pthread_mutex_lock(&mutex);获取互斥锁，读取完成后调用pthread_mutex_unlock(&mutex);释放互斥锁。
- 使用信号掩码（Signal Masking）：
  - 在主程序对count进行累加操作前，使用sigprocmask函数阻塞信号，防止信号处理函数在此时被调用。操作完成后，再使用sigprocmask函数解除对信号的阻塞。
  - 示例代码如下：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

volatile sig_atomic_t count = 0;

void signal_handler(int signum) {
    // 信号处理函数读取count
    printf("Signal handler: count = %d\n", count);
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = signal_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);

    sigset_t mask;
    sigemptyset(&mask);
    sigaddset(&mask, SIGUSR1);

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        // 阻塞信号
        sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);
        count++;
        printf("Main program: count = %d\n", count);
        // 解除信号阻塞
        sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &mask, NULL);
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

使用原子操作（如果支持）：
- 如果编译器支持原子操作，例如在C11标准中，可以使用<stdatomic.h>头文件中的原子类型。
- 将count定义为_Atomic(int) count = 0;
- 主程序中对count的累加操作可以使用atomic_fetch_add(&count, 1);
- 信号处理函数中读取count可以使用int value = atomic_load(&count);
选择合适的同步机制：
- 互斥锁适用于多线程环境下的同步，但在信号处理函数与主程序的场景中，需要注意信号处理函数的异步特性，可能需要额外的处理。
- 信号掩码相对简单，但它可能影响程序的响应性，因为在阻塞信号期间，信号不能被及时处理。
- 原子操作提供了一种轻量级的同步方式，但依赖于编译器和硬件的支持，并且功能相对有限，例如复杂的操作可能还是需要其他同步机制。

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