使用管道而不是管道2时，在fork后阻止读取管道

Question

当在spawn() 中派生特定进程时，以下代码有时会阻塞spawn() 中的read(fds[0]...)。

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#include <atomic>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>

void spawn()
{
  static std::mutex m;
  static std::atomic<int> displayNumber{30000};

  std::string display{":" + std::to_string(displayNumber++)};
  const char* const args[] = {"NullXServer", display.c_str(), nullptr};

  int fds[2];

  m.lock();
  pipe(fds);
  int oldFlags = fcntl(fds[0], F_GETFD);
  fcntl(fds[0], F_SETFD, oldFlags | FD_CLOEXEC);
  oldFlags = fcntl(fds[1], F_GETFD);
  fcntl(fds[1], F_SETFD, oldFlags | FD_CLOEXEC);
  m.unlock();

  if (vfork() == 0) {
    execvp("NullXServer", const_cast<char**>(args));
    _exit(0);
  }

  close(fds[1]);
  int i;
  read(fds[0], &i, sizeof(int));
  close(fds[0]);
}

int main()
{
  std::vector<std::thread> threads;
  for (int i = 0; i < 100; ++i) {
    threads.emplace_back(spawn);
  }

  for (auto& t : threads) {
    t.join();
  }

  return 0;
}

注意；在这里创建管道有点没用。这样做只是为了演示死锁。 spawn() 中的 read(fds[0], ...) 不应该阻塞。一旦调用read，管道的所有写端都已关闭，这将导致read 立即返回。由于文件描述符上设置了FD_CLOEXEC标志，父进程中管道的写端是显式关闭的，子进程中的写端是隐式关闭的，它会在@时立即关闭文件描述符987654330@ 成功（在这种情况下总是如此）。

这里的问题是我确实看到 read() 偶尔阻塞。

全部替换：

m.lock();
pipe(fds);
int oldFlags = fcntl(fds[0], F_GETFD);
fcntl(fds[0], F_SETFD, oldFlags | FD_CLOEXEC);
oldFlags = fcntl(fds[1], F_GETFD);
fcntl(fds[1], F_SETFD, oldFlags | FD_CLOEXEC);
m.unlock();

作者：

pipe2(fds, O_CLOEXEC);

修复了阻塞读取，即使这两段代码至少应该导致 FD_CLOEXEC 被自动设置为管道文件描述符。

很遗憾，我在我们部署的所有平台上都没有pipe2。

谁能解释为什么read 会使用pipe 方法阻塞上述代码？

更多观察：

• 扩展互斥锁以覆盖vfork() 块可解决阻塞读取问题。
• 没有一个系统调用失败。
• 使用fork() 代替vfork() 表现出相同的行为。
• 产生的进程很重要。在这种情况下，会在特定显示器上生成一个“空”X 服务器进程。例如，在这里分叉 'ls' 不会阻塞，或者发生阻塞的可能性要低得多，我不确定。
• 可在 Linux 2.6.18 到 4.12.8 上重现，所以我认为这不是某种 Linux 内核问题。
• 可使用 GCC 4.8.2 和 GCC 7.2.0 重现。

Answer 1

原因是，在你在这里创建了管道

// Thread A
int fds[2];

m.lock();
pipe(fds);

另一个线程可能只是 vfork() 和 exec

// Thread B
if (vfork() == 0) {
   execvp("NullXServer", const_cast<char**>(args));
   _exit(0);
}

就在你设置文件描述符标志之前：

// Thread A again...
int oldFlags = fcntl(fds[0], F_GETFD);
fcntl(fds[0], F_SETFD, oldFlags | FD_CLOEXEC);
oldFlags = fcntl(fds[1], F_GETFD);
fcntl(fds[1], F_SETFD, oldFlags | FD_CLOEXEC);
m.unlock();

所以 B 的子进程将继承线程 A 创建的文件描述符。

应该有助于扩展互斥体以包含vfork()/execvp() 以减轻这种影响。

m.lock();
pipe(fds);
int oldFlags = fcntl(fds[0], F_GETFD);
fcntl(fds[0], F_SETFD, oldFlags | FD_CLOEXEC);
oldFlags = fcntl(fds[1], F_GETFD);
fcntl(fds[1], F_SETFD, oldFlags | FD_CLOEXEC);

if (vfork() == 0) {
    execvp("NullXServer", const_cast<char**>(args));
    _exit(0);
}
m.unlock();