面试题：C语言信号处理中的竞态条件问题

可能出现竞态条件的场景

信号处理函数与主线程共享资源：例如，主线程和信号处理函数都访问并修改同一个全局变量is_shutdown，用于标识程序是否要关闭。主线程可能在检查is_shutdown后，还未来得及进行关闭操作时，信号处理函数修改了is_shutdown，导致主线程的逻辑被打乱。
信号处理函数中断临界区：如果主线程正在执行一段不能被中断的代码（临界区），例如正在进行文件操作的中间阶段，此时信号处理函数被触发，可能导致文件操作不完整，数据损坏。

解决方案

使用互斥锁（Mutex）：通过互斥锁来保护共享资源，确保同一时间只有一个线程可以访问和修改共享资源。

以下是C语言代码示例：

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

pthread_mutex_t mutex;
int is_shutdown = 0;

// 信号处理函数
void sigterm_handler(int signum) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    is_shutdown = 1;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

// 线程函数
void* thread_function(void* arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (is_shutdown) {
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        // 线程执行的其他任务
        printf("Thread is running...\n");
        sleep(1);
    }
    printf("Thread is shutting down...\n");
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread;
    struct sigaction sa;

    // 初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    // 设置信号处理
    sa.sa_handler = sigterm_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    if (sigaction(SIGTERM, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction");
        return 1;
    }

    // 创建线程
    if (pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL) != 0) {
        perror("pthread_create");
        return 1;
    }

    // 主线程等待线程结束
    if (pthread_join(thread, NULL) != 0) {
        perror("pthread_join");
        return 1;
    }

    // 销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

使用原子操作：对于简单的共享变量（如int类型），可以使用原子操作来避免竞态条件。在C11标准中引入了<stdatomic.h>头文件提供原子类型和操作。

以下是代码示例：

#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdatomic.h>

atomic_int is_shutdown = ATOMIC_VAR_INIT(0);

// 信号处理函数
void sigterm_handler(int signum) {
    atomic_store(&is_shutdown, 1);
}

// 线程函数
void* thread_function(void* arg) {
    while (1) {
        if (atomic_load(&is_shutdown)) {
            break;
        }
        // 线程执行的其他任务
        printf("Thread is running...\n");
        sleep(1);
    }
    printf("Thread is shutting down...\n");
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread;
    struct sigaction sa;

    // 设置信号处理
    sa.sa_handler = sigterm_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    if (sigaction(SIGTERM, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction");
        return 1;
    }

    // 创建线程
    if (pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL) != 0) {
        perror("pthread_create");
        return 1;
    }

    // 主线程等待线程结束
    if (pthread_join(thread, NULL) != 0) {
        perror("pthread_join");
        return 1;
    }

    return 0;
}

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面试题答案

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