【学习笔记】非异步安全函数（禁止在信号处理中调用）
非异步安全函数（禁止在信号处理中调用）
一、测试
在信号处理函数（Signal Handler）中，只有异步信号安全函数（async-signal-safe functions） 可以安全调用。这类函数的特点是：不使用全局状态、不依赖内部锁、不调用其他非安全函数，且能被信号中断后安全恢复。
非异步安全函数（禁止在信号处理中调用）
以下是常见的非异步安全函数分类及示例（覆盖大部分常用函数）：
1. 内存分配 / 释放函数
这类函数依赖全局堆管理结构和内部锁，信号处理中调用可能导致堆损坏或死锁。
malloc、free、realloc、callocposix_memalign、aligned_alloc
2. 标准 I/O 函数
标准 I/O 库（stdio.h）函数使用全局缓冲区和锁，信号中断可能导致缓冲区状态不一致。
- 输入输出：
printf、fprintf、sprintf、snprintf、vprintf、vfprintf、vsprintf、vsnprintf - 文件操作：
fopen、fclose、fread、fwrite、fseek、fflush、fgets、fputs - 其他：
perror（内部调用strerror和fprintf）、fflush
3. 字符串 / 字符处理函数（依赖静态缓冲区）
这类函数使用静态缓冲区存储结果，信号中断可能导致缓冲区内容被覆盖。
strtok（使用静态缓冲区存储分割状态）strerror（部分实现使用静态缓冲区存储错误信息）ctime、asctime（使用静态缓冲区存储时间字符串）getpwuid、getpwnam（部分实现使用静态缓冲区存储用户信息）getgrgid、getgrnam（部分实现使用静态缓冲区存储组信息）
4. 线程 / 同步函数
线程相关函数依赖全局锁或线程私有数据，信号处理中调用可能导致死锁。
- 互斥锁：
pthread_mutex_lock、pthread_mutex_unlock、pthread_mutex_trylock - 条件变量：
pthread_cond_wait、pthread_cond_signal、pthread_cond_broadcast - 线程管理：
pthread_create、pthread_join、pthread_cancel - 线程私有数据：
pthread_getspecific、pthread_setspecific
5. 环境变量 / 全局状态函数
这类函数访问或修改全局状态（如环境变量、locale），信号中断可能导致状态不一致。
- 环境变量：
getenv、setenv、unsetenv、putenv - 区域设置：
setlocale - 进程信息：
getuid、getgid（部分实现可能安全，但建议避免）、getpid（通常安全，但 POSIX 未明确）
6. 其他非安全函数
- 时间函数：
localtime、gmtime（使用静态缓冲区存储时间结构） - 信号相关：
signal（非可重入，建议用sigaction替代） - 系统调用包装：
system（内部创建子进程并调用 shell，依赖全局状态）
为什么这些函数不安全？
非异步安全函数通常存在以下问题：
- 使用全局锁：如
malloc、printf内部有全局锁，若信号处理函数在主程序持有锁时调用，会导致死锁。 - 依赖静态缓冲区：如
strtok、ctime，信号中断可能导致缓冲区数据被覆盖，主程序恢复后读取错误数据。 - 修改全局状态：如
setenv、setlocale，信号处理中修改全局状态可能导致主程序逻辑混乱。
安全替代方案
信号处理函数中如需完成复杂操作，应仅通过异步安全函数做最小化处理（如设置volatile sig_atomic_t标志），再由主程序轮询标志并执行非安全操作。
常见的异步安全函数包括：write、_exit、sigprocmask、pthread_sigmask、getpid、getppid等（完整列表可参考 POSIX 标准man 7 signal-safety）。
总结：信号处理函数中严禁调用上述非异步安全函数，核心原则是 “仅执行最小化、无状态操作”，避免依赖全局资源或锁机制。
举例子
在定时器每秒触发信号的场景下，安全通知线程执行操作的核心是：避免在信号处理函数中直接调用非异步安全接口，而是通过 “信号处理函数→安全通信机制→线程” 的间接方式传递通知。
利用管道（pipe）作为信号和线程之间的安全通信桥梁（write 是异步安全函数），线程通过监听管道数据触发操作。
实现步骤：
- 创建管道：用于信号处理函数和工作线程的通信。
- 信号处理函数：收到信号后，向管道写 1 字节数据（仅调用
write，异步安全）。 - 工作线程：阻塞在管道读端，读取到数据后执行每秒操作。