Linux:system()+ SIGCHLD处理+多线程

Question

我有一个多线程应用程序,它为SIGCHLD安装一个处理程序,用于记录和重新获取子进程.
我看到的问题在我打电话时开始system().system()需要等待子进程结束并自己收回,因为它需要退出代码.这就是它要求sigprocmask()阻止SIGCHLD的原因.但是在我的多线程应用程序中,SIGCHLD仍然在一个不同的线程中被调用,并且孩子在system()有机会之前被收获.

这是POSIX中的已知问题吗？

我想到的一种方法是在所有其他线程中阻止SIGCHLD,但这在我的情况下并不现实,因为并非所有线程都是由我的代码直接创建的.
我还有其他选择吗？

Answer 1

是的，这是一个已知（或至少强烈暗示）的问题。

在等待子进程终止时阻塞 SIGCHLD 可防止应用程序在 system() 自己获取状态之前捕获信号并从 system() 的子进程获取状态。.... 请注意，如果应用程序正在捕获 SIGCHLD 信号，它将在成功的 system() 调用返回之前接收到这样的信号。

（来自 的文档system()，强调了添加。）

所以，POSIXly 你运气不好，除非你的实现碰巧排队 SIGCHLD。如果是这样，你当然可以记录你分叉的 pid，然后只收获你期望的那些。

在 Linux 上，你也不走运，因为signalfd 似乎也会折叠多个 SIGCHLDs。

然而，在 UNIX 上，您有许多聪明和过于聪明的技术可用于管理您自己的孩子并忽略第三方例程的那些。继承管道的 I/O 多路复用是 SIGCHLD 捕获的一种替代方法，就像使用一个小的、专用的“spawn-helper”在单独的进程中进行分叉和收割一样。

Answer 2

由于您拥有无法控制的线程，因此我建议您编写一个预加载的库，以将system()调用（也许还有其他popen()）插入您自己的实现中。我也将您的SIGCHLD处理程序也包含在库中。

如果您不想通过来运行程序env LD_PRELOAD=libwhatever.so yourprogram，则可以添加类似

const char *libs;

libs = getenv("LD_PRELOAD");
if (!libs || !*libs) {
    setenv("LD_PRELOAD", "libwhatever.so", 1);
    execv(argv[0], argv);
    _exit(127);
}

在程序开始时，使其具有适当设置的LD_PRELOAD来重新执行自身。（请注意，有一些奇怪的问题要考虑您的程序是setuid还是setgid；man ld.so有关详细信息，请参见。特别是，如果libwhatever.so未安装在系统库目录中，则必须指定完整路径。）

一种可能的方法是使用未锁子项的无锁数组（使用C编译器提供的原子内置函数）。取而代之的是waitpid()，您的system()实现分配了一个条目，将子PID保留在其中，然后等待一个信号量让该子退出而不是调用waitpid()。

这是一个示例实现：

#define  _GNU_SOURCE
#define  _POSIX_C_SOURCE 200809L
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <semaphore.h>
#include <dlfcn.h>
#include <errno.h>

/* Maximum number of concurrent children waited for.
*/
#define  MAX_CHILDS  256

/* Lockless array of child processes waited for.
*/
static pid_t  child_pid[MAX_CHILDS] = { 0 }; /* 0 is not a valid PID */
static sem_t  child_sem[MAX_CHILDS];
static int    child_status[MAX_CHILDS];

/* Helper function: allocate a child process.
 * Returns the index, or -1 if all in use.
*/
static inline int child_get(const pid_t pid)
{
    int i = MAX_CHILDS;
    while (i-->0)
        if (__sync_bool_compare_and_swap(&child_pid[i], (pid_t)0, pid)) {
            sem_init(&child_sem[i], 0, 0);
            return i;
        }
    return -1;
}

/* Helper function: release a child descriptor.
*/
static inline void child_put(const int i)
{
    sem_destroy(&child_sem[i]);
    __sync_fetch_and_and(&child_pid[i], (pid_t)0);
}

/* SIGCHLD signal handler.
 * Note: Both waitpid() and sem_post() are async-signal safe.
*/
static void sigchld_handler(int signum __attribute__((unused)),
                            siginfo_t *info __attribute__((unused)),
                            void *context __attribute__((unused)))
{
    pid_t p;
    int   status, i;

    while (1) {
        p = waitpid((pid_t)-1, &status, WNOHANG);
        if (p == (pid_t)0 || p == (pid_t)-1)
            break;

        i = MAX_CHILDS;
        while (i-->0)
            if (p == __sync_fetch_and_or(&child_pid[i], (pid_t)0)) {
                child_status[i] = status;
                sem_post(&child_sem[i]);
                break;
            }

        /* Log p and status? */
    }
}

/* Helper function: close descriptor, without affecting errno.
*/
static inline int closefd(const int fd)
{
    int  result, saved_errno;

    if (fd == -1)
        return EINVAL;

    saved_errno = errno;

    do {
        result = close(fd);
    } while (result == -1 && errno == EINTR);
    if (result == -1)
        result = errno;
    else
        result = 0;

    errno = saved_errno;

    return result;
}

/* Helper function: Create a close-on-exec socket pair.
*/
static int commsocket(int fd[2])
{
    int  result;

    if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd)) {
        fd[0] = -1;
        fd[1] = -1;
        return errno;
    }

    do {
        result = fcntl(fd[0], F_SETFD, FD_CLOEXEC);
    } while (result == -1 && errno == EINTR);
    if (result == -1) {
        closefd(fd[0]);
        closefd(fd[1]);
        return errno;
    }

    do {
        result = fcntl(fd[1], F_SETFD, FD_CLOEXEC);
    } while (result == -1 && errno == EINTR);
    if (result == -1) {
        closefd(fd[0]);
        closefd(fd[1]);
        return errno;
    }

    return 0;
}

/* New system() implementation.
*/
int system(const char *command)
{
    pid_t   child;
    int     i, status, commfd[2];
    ssize_t n;

    /* Allocate the child process. */
    i = child_get((pid_t)-1);
    if (i < 0) {
        /* "fork failed" */
        errno = EAGAIN;
        return -1;
    }

    /* Create a close-on-exec socket pair. */
    if (commsocket(commfd)) {
        child_put(i);
        /* "fork failed" */
        errno = EAGAIN;
        return -1;
    }

    /* Create the child process. */
    child = fork();
    if (child == (pid_t)-1)
        return -1;

    /* Child process? */
    if (!child) {
        char *args[4] = { "sh", "-c", (char *)command, NULL };

        /* If command is NULL, return 7 if sh is available. */
        if (!command)
            args[2] = "exit 7";

        /* Close parent end of comms socket. */
        closefd(commfd[0]);

        /* Receive one char before continuing. */
        do {
            n = read(commfd[1], &status, 1);
        } while (n == (ssize_t)-1 && errno == EINTR);
        if (n != 1) {
            closefd(commfd[1]);
            _exit(127);
        }

        /* We won't receive anything else. */
        shutdown(commfd[1], SHUT_RD);

        /* Execute the command. If successful, this closes the comms socket. */
        execv("/bin/sh", args);

        /* Failed. Return the errno to the parent. */
        status = errno;
        {
            const char       *p = (const char *)&status;
            const char *const q = (const char *)&status + sizeof status;

            while (p < q) {
                n = write(commfd[1], p, (size_t)(q - p));
                if (n > (ssize_t)0)
                    p += n;
                else
                if (n != (ssize_t)-1)
                    break;
                else
                if (errno != EINTR)
                    break;
            }
        }

        /* Explicitly close the socket pair. */
        shutdown(commfd[1], SHUT_RDWR);
        closefd(commfd[1]);
        _exit(127);
    }

    /* Parent process. Close the child end of the comms socket. */
    closefd(commfd[1]);

    /* Update the child PID in the array. */
    __sync_bool_compare_and_swap(&child_pid[i], (pid_t)-1, child);

    /* Let the child proceed, by sending a char via the socket. */
    status = 0;
    do {
        n = write(commfd[0], &status, 1);
    } while (n == (ssize_t)-1 && errno == EINTR);
    if (n != 1) {
        /* Release the child entry. */
        child_put(i);
        closefd(commfd[0]);

        /* Kill the child. */
        kill(child, SIGKILL);

        /* "fork failed". */
        errno = EAGAIN;
        return -1;
    }

    /* Won't send anything else over the comms socket. */
    shutdown(commfd[0], SHUT_WR);

    /* Try reading an int from the comms socket. */
    {
        char       *p = (char *)&status;
        char *const q = (char *)&status + sizeof status;

        while (p < q) {
            n = read(commfd[0], p, (size_t)(q - p));
            if (n > (ssize_t)0)
                p += n;
            else
            if (n != (ssize_t)-1)
                break;
            else
            if (errno != EINTR)
                break;
        }

        /* Socket closed with nothing read? */
        if (n == (ssize_t)0 && p == (char *)&status)
            status = 0;
        else
        if (p != q)
            status = EAGAIN; /* Incomplete error code, use EAGAIN. */

        /* Close the comms socket. */
        shutdown(commfd[0], SHUT_RDWR);
        closefd(commfd[0]);
    }

    /* Wait for the command to complete. */
    sem_wait(&child_sem[i]);

    /* Did the command execution fail? */
    if (status) {
        child_put(i);
        errno = status;
        return -1;
    }

    /* Command was executed. Return the exit status. */
    status = child_status[i];
    child_put(i);

    /* If command is NULL, then the return value is nonzero
     * iff the exit status was 7. */
    if (!command) {
        if (WIFEXITED(status) && WEXITSTATUS(status) == 7)
            status = 1;
        else
            status = 0;
    }

    return status;
}

/* Library initialization.
 * Sets the sigchld handler,
 * makes sure pthread library is loaded, and
 * unsets the LD_PRELOAD environment variable.
*/
static void init(void) __attribute__((constructor));
static void init(void)
{
    struct sigaction  act;
    int               saved_errno;

    saved_errno = errno;

    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_sigaction = sigchld_handler;
    act.sa_flags = SA_NOCLDSTOP | SA_RESTART | SA_SIGINFO;

    sigaction(SIGCHLD, &act, NULL);

    (void)dlopen("libpthread.so.0", RTLD_NOW | RTLD_GLOBAL);

    unsetenv("LD_PRELOAD");

    errno = saved_errno;
}

如果保存为上面说的child.c，你可以把它编译成libchild.so使用

gcc -W -Wall -O3 -fpic -fPIC -c child.c -lpthread
gcc -W -Wall -O3 -shared -Wl,-soname,libchild.so child.o -ldl -lpthread -o libchild.so

如果您有一个测试程序可以system()在多个线程中进行调用，则可以使用以下命令system()插入（并且自动获得子级）运行该程序

env LD_PRELOAD=/path/to/libchild.so test-program

请注意，这取决于正是那些不是你的控制之下线程做，你可能需要干预其他功能，包括signal()，sigaction()，sigprocmask()，pthread_sigmask()，等，以确保这些线程不改变你的性格SIGCHLD处理器（安装了后该libchild.so库）。

如果那些失控的线程使用popen()，则可以使用pclose()与system()上面非常相似的代码插入（和），只需将其分为两部分。

（如果您想知道为什么我的system()代码会费心地向exec()父进程报告失败，那是因为我通常使用此代码的变体，将命令作为字符串数组；因此可以正确报告是否未找到命令，在这种特殊情况下，该命令始终为/bin/sh。，因为无论如何都需要通信套接字，以避免在子出口和* child_pid []中具有最新PID之间发生争夺*数组，我决定保留“额外”代码。）