面试题：C语言信号处理可重入性与系统调用的深度探究

Question

在Linux C编程中，某些系统调用被认为是不可重入的。如果一个信号处理函数中必须调用一个不可重入的系统调用，并且要保证整个程序对信号处理的可重入性，你会采取哪些策略？请深入分析每种策略的优缺点及适用场景。

Answer 1

1. 使用标志变量
   • 策略：在进入信号处理函数时设置一个标志变量，在主程序中检查该标志变量，若标志被设置则暂停调用不可重入的系统调用，直到信号处理函数完成。
   • 优点：实现简单，不需要复杂的同步机制。
   • 缺点：主程序需要频繁检查标志变量，增加了额外的开销；如果主程序长时间忽略标志变量，可能导致不可重入系统调用在不合适的时候被调用。
   • 适用场景：对性能要求不是特别高，且主程序逻辑相对简单，能够及时响应标志变量的场景。
2. 使用互斥锁
   • 策略：在调用不可重入系统调用的代码段前后加互斥锁。信号处理函数中先获取互斥锁，再调用不可重入系统调用，主程序中同样，在调用相关代码段时获取互斥锁。
   • 优点：能有效保证可重入性，逻辑清晰，对于多线程环境也能很好适应。
   • 缺点：引入了同步开销，可能导致死锁，如果多个线程或信号处理函数同时竞争互斥锁且获取顺序不当。
   • 适用场景：适用于多线程编程且对同步要求较高，能够谨慎处理锁操作避免死锁的场景。
3. 使用线程局部存储（TLS）
   • 策略：将与不可重入系统调用相关的全局变量改为线程局部存储变量。信号处理函数和主程序使用各自独立的变量副本。
   • 优点：从根本上避免了全局变量带来的重入问题，对原有代码改动相对较小。
   • 缺点：需要编译器和操作系统的支持，不同平台可能实现方式略有差异；如果对TLS变量使用不当，可能仍然会出现数据一致性问题。
   • 适用场景：适用于不同平台兼容性要求不高，对数据一致性有一定要求且希望减少对代码大规模改动的场景。
4. 异步信号安全函数替换
   • 策略：寻找可重入的异步信号安全函数来替代不可重入的系统调用。
   • 优点：从根源上解决了可重入问题，无需额外的同步机制。
   • 缺点：并非所有不可重入系统调用都有合适的可重入替代函数；即使有替代函数，其功能可能与原系统调用不完全一致，可能需要对业务逻辑进行调整。
   • 适用场景：适用于有合适可重入替代函数且业务逻辑能够适应这种替换的场景。