面试题：C语言中Linux信号处理函数与并发问题基础

Question

在Linux环境下用C语言编程，假设我们有一个信号处理函数`sig_handler`用于处理`SIGINT`信号，在主程序中有一个循环不断执行任务。当`SIGINT`信号到来时，信号处理函数会修改一个全局变量`flag`。请描述可能出现的并发问题，并说明如何使用`volatile`关键字来缓解这个问题。

Answer 1

可能出现的并发问题

1. 缓存一致性问题：在多处理器或具有缓存的系统中，CPU可能会将全局变量flag缓存到自己的高速缓存中。主程序循环执行任务时，可能一直在使用缓存中的旧值，而信号处理函数修改的flag值在主存中，导致主程序不能及时感知到flag的变化。
2. 指令重排问题：编译器为了优化代码性能，可能会对指令进行重排。例如，主程序中对flag的读取操作可能被提前到循环的前面，导致即使flag被信号处理函数修改，主程序也不会在循环中及时检测到变化。

使用volatile关键字缓解问题

volatile关键字告诉编译器，该变量的值可能会在程序的控制流之外被改变。在声明全局变量flag时使用volatile关键字，如下所示：

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

volatile int flag = 0;

void sig_handler(int signum) {
    flag = 1;
}

int main() {
    signal(SIGINT, sig_handler);

    while (1) {
        // 执行任务
        if (flag) {
            printf("Received SIGINT, exiting loop...\n");
            break;
        }
    }

    return 0;
}

这样声明后，编译器不会对flag进行缓存优化，每次访问flag时都会从内存中读取最新值，避免了缓存一致性问题。同时，volatile也会阻止编译器对涉及flag的指令进行重排，确保程序按照代码逻辑执行，从而使主程序能及时感知到flag的变化。