从信号处理程序调用 fflush 是否安全？

Question

嗯，标题说明了大部分内容。

假设我的应用程序正在记录到标准输出/文件。但是，当终止时，它并不总是完全刷新。一种解决方案是在每次日志记录操作后刷新，但这会大大降低程序速度。

所以，问题是，从信号处理程序调用fflush(file) 是否安全，甚至可能是fflush(NULL)？

如果不是，请说明原因。这个问题还有其他解决方案吗？如果我知道我不在文件处理例程中，这可能安全吗？

Answer 1

您只能在信号处理程序中使用异步安全函数，并且不包括 stdio 库。 POSIX 标准定义了一组异步安全的函数。你没有指定平台，我不知道通用的解决方案。

如果您在 POSIX / BSD 系统上存储支持 FILE 的文件描述符 - 使用 fileno() - 您可以使用异步安全函数来挽救一些东西：write(), lseek() (flush), @ 987654326@ 等。当然，如果 stdio 使用自己的缓冲区，这将无济于事。

(some Cert-C guidelines)

Answer 2

@heinrich5991：根据程序，可能有一种信号安全的方式来执行fflush()。如果事情做得很仔细，你最后一个问题的答案（在你对布雷特黑尔答案的评论中）应该是肯定的。但是，它可能会变得复杂。

为了说明，让我们从cat 程序的简单版本开始：

int main(void)
{
  int c;

  while (1) {

    c = getchar();

    if (c < 0 || c > UCHAR_MAX) /* Includes EOF */
      break;

    putchar(c);
  }

  fflush(stdout);
  return 0;
}

当getchar() 返回EOF 时，程序优雅地终止。

当此程序从可能永远不会发送EOF 的流中获取输入时（例如，处于原始模式的终端），可能需要使用信号。对于这种情况，我们可以尝试通过 它捕获的信号，比如SIGUSR1:

void sig_handler(int signo)
{
  if (signo == SIGUSR1)
    _exit(0);
}

int main(void)
{
  /* Code for installing SIGUSR1 signal handler here */

  /* Remaining code here as before */
}

这个处理程序是安全的，因为_exit() 是异步信号安全的。问题是SIGUSR1 信号将终止程序而不刷新输出缓冲区，这可能导致输出丢失。我们可以尝试通过强制刷新来解决这个问题，如下所示：

void sig_handler(int signo)
{
  if (signo == SIGUSR1) {
    fflush(stdout);
    _exit(0);
  }
}

但是它不再是信号安全的，因为fflush() 不是。 putchar() 库函数会定期刷新 stdout。信号可能在调用putchar() 的过程中到达，这可能是在刷新stdout 的过程中。然后我们的处理程序再次调用fflush(stdout)，而之前对stdout 的刷新（来自main 的putchar）还没有完成。根据标准库的实现，这可能会导致 stdout 缓冲区覆盖自身的部分内容（重整输出），或者 stdout 缓冲区的剩余部分被复制。

一种可能的出路是让处理程序只设置一个全局标志变量，然后让主程序处理刷新：

volatile int gotsignal = 0;

void sig_handler(int signo)
{
  if (signo == SIGUSR1)
    gotsignal = 1;
}

int main()
{
  int c;

  /* Code for installing signal handler here */

  while (1) {

    c = getchar();

    if (c < 0 || c > UCHAR_MAX)
      break;

    putchar(c);

    if (gotsig == 1)
      break;
  }

  fflush(stdout);
  return 0;
}

这再次成为信号安全的，但引入了死锁。假设程序已经接收到它要获得的所有输入，我们发送一个SIGUSR1 信号来优雅地终止它。当进程在通过getchar() 的读取调用中被阻塞时，信号到达。该信号将由处理程序处理，gotsig 将设置为 1，但控制权将返回到被阻止的 getchar() 调用，因此它将永远阻塞，永远不会终止（优雅地）。我们陷入了僵局。

解决方案：

您参考的相同 GNU C 库文档（“信号处理和不可重入函数”小节）说：

如果您在处理程序中调用函数，请确保它对于信号是可重入的，否则请确保信号不会中断对相关函数的调用。

我们可以从上面句子的“or else”部分得到一些想法，关于中断对“相关函数”的调用。我们的主代码中有哪些函数与fflush(stdout)相关？我们的主要代码只调用了两个函数（标准库），getchar() 和 putchar()。可以合理地假设 getchar() 只触及stdin，因此不会调用fflush(stodut) 或任何附属函数。所以这里的“相关”函数是putchar()，因为如前所述，它会定期触发fflush(stdout)，或相关的东西。

按照 GNU C 库的建议，我们可以让处理程序这样做：

• 如果在main() 中的putchar() 调用中调用处理程序，则不会fflush(stdout)；只需返回并让main() 进行刷新

• 否则，从处理程序fflush(stdout)应该是安全的

这解决了上述所有问题（刷新/不安全/死锁）。

为了实现这一点，我们使用另一个全局标志 unsafe_to_flush。

下面的最终代码应该是信号安全的并且没有死锁，但比上面的早期尝试更复杂。

volatile int unsafe_to_flush = 0;
volatile int gotsig = 0;

void sig_handler(int signo)
{
  if (signo == SIGUSR1) {
    gotsig = 1;  /* Caller can flush using this flag */
    if (unsafe_to_flush) {
      /* We got called from putchar()! */
      return;
    }
    else {
      /* Safe to call fflush(stdout) */
      fflush(stdout);
      _exit(0);
    }
  }

}


int main(void)
{

  int c;

  /* Code for installing signal handler here */

  while (1) {

    c = getchar();

    if (c < 0 || c > UCHAR_MAX)
      break;

    /* Critical region */
    unsafe_to_flush = 1;
    putchar(c); /* non-reentrant fflush related */
    unsafe_to_flush = 0;

    if (gotsig == 1)
      break;

  }

  fflush(stdout);
  return 0;
}