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从信号处理程序设置变量时,std::atomic或volatile是必需的吗

signals c++17 c++

asimes · 技术社区 · 1 年前

#include <unistd.h>

#include <csignal>
#include <exception>
#include <functional>
#include <iostream>

std::function<void(int)> g_signalHandler;

void signalWrapper(const int a) { g_signalHandler(a); }

int main() {
    bool abort = false;
    g_signalHandler = [&abort](const int) {
        std::cout << "Abort" << std::endl;
        abort = true;
    };

    struct ::sigaction signalAction = {};
    signalAction.sa_handler = signalWrapper;

    if (
        ::sigaction(SIGHUP,  &signalAction, nullptr) != 0 ||
        ::sigaction(SIGINT,  &signalAction, nullptr) != 0 ||
        ::sigaction(SIGTERM, &signalAction, nullptr) != 0
    )
        throw std::exception();

    // Is it guaranteed that the new value of abort will be seen here without
    // the need of std::atomic<bool> or volatile bool?
    while (!abort)
        ::sleep(1);

    return 0;
}

假设一个单线程程序,C++17和Linux

据我所知,使用正常 bool 是足够的 while (!abort) 和 std::atomic<bool> / volatile bool 没有必要。我想确认这始终是正确的,我不必担心编译器会优化读取值

1 回复 | 直到 1 年前

user17732522 1 年前

据我所知,对于while(!abort),使用普通bool就足够了,而std::atomic/volatile bool则不是必需的。我想确认这始终是正确的,我不必担心编译器会优化读取值

不,这是错误的,会导致数据竞争,这总是未定义的行为。

为了证明这种未定义的行为是如何合理地表现出来的:编译器可能会看到 abort 是非原子的 ::sleep 并不意味着任何同步。因此,可以得出结论 中止 如果最初是这样,它永远不会改变 false ,因为这会导致具有未定义行为的数据竞争,要么完全摆脱循环检查,要么保留 中止 在寄存器中,无需从内存中重新加载。在任何一种情况下,循环都不会终止。

volatile bool 这也是错误的。 volatile 根据信号处理器标准的要求,这是不够的。

不稳定的 但是,确实保证了代码中的每次读写都会转化为加载和存储 不稳定的 不保证这些加载/存储的原子性。(但是,特定的编译器/平台组合可能会做出这样的保证,因此 不稳定的 可用于实现原子操作。)

在信号处理程序中,您保证能够使用定义的行为访问的唯一非局部变量是(非线程局部)

类型对象 volatile std::atomic_sig_t (并通过以下方式访问 不稳定的 glvalue);只有在信号处理程序和信号处理程序运行的线程之间独占共享(没有其他同步)时,其他线程才能共享
无锁原子对象; std::atomic_flag 保证无锁;哪一个 std::atomic 专业化是无锁的,依赖于平台,可以用 is_lock_free 和 is_always_lock_free 成员 std::atomic

此外,默认情况下,库函数在信号处理程序中使用也不安全。C/C++/POSIX标准中只有特定的例外。明确地 std::function 并按如下方式流式传输IO std::cout << 在信号处理程序中不安全,也会导致未定义的行为。

请参阅 https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/program/signal 因为C++标准对信号处理程序施加了要求,以便它们根据标准具有定义良好的行为。

看看 https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9799919799/functions/V2_chap02.html#tag_16_04_03 对于列表 异步信号安全 POSIX环境中的函数。