Bài 44.226 phút đọc

Quy tắc vàng viết handler

Sau bài này bạn sẽ làm được

Kể các hàm async-signal-safe được phép gọi
Giải thích vì sao printf trong handler nguy hiểm
Áp dụng mẫu handler chỉ đặt cờ
Chứng minh vấn đề bằng một chương trình chạy được

Bộ xử lý tín hiệu chạy giữa chừng mọi thứ, kể cả giữa một lệnh malloc hay printf. Nên nó chỉ được gọi một tập nhỏ các hàm an toàn. Vi phạm quy tắc này tạo ra những lỗi hiếm, không tái hiện được, và cực khó tìm.

#Vấn đề

/* Handler chay KHONG DONG BO: no ngat luong chinh o BAT KY diem
   nao. Tuong tuong luong chinh dang o giua printf, dang giu khoa
   noi bo cua stdio, thi tin hieu toi va handler cung goi printf.

   printf thu lay khoa do -> khoa da bi luong chinh giu -> KHOA
   CHET. Chuong trinh treo, va no chi treo khi tin hieu toi DUNG
   luc printf dang chay, tuc rat hiem va khong tai hien duoc.

   Do la ly do handler chi duoc goi ham ASYNC-SIGNAL-SAFE: ham
   khong dung khoa hay trang thai toan cuc co the dang bi luong
   chinh dung do. */

Async-signal-safe

Một hàm an toàn để gọi từ bên trong bộ xử lý tín hiệu. Nó không dùng khoá dùng chung, không dùng trạng thái toàn cục có thể đang bị dở dang, nên gọi nó giữa chừng một hàm khác không gây hỏng.

#Hàm async-signal-safe

Trong handler	Được phép	Vì sao
write	Có	Syscall trực tiếp, không đệm, không khoá
_exit	Có	Thoát ngay, không xả bộ đệm
read, close	Có	Syscall trực tiếp
signal, kill, raise	Có	Async-signal-safe
Gán sig_atomic_t	Có	Nguyên tử
printf, fprintf	KHÔNG	Dùng khoá và bộ đệm stdio
malloc, free	KHÔNG	Dùng khoá heap, có thể đang bị giữ
exit	KHÔNG	Chạy atexit, xả bộ đệm, không an toàn
strcpy, sprintf	KHÔNG, một số bản	Có thể dùng locale hoặc trạng thái

Danh sách đầy đủ trong man 7 signal-safety

# Tren Linux, danh sach chinh thuc:
man 7 signal-safety

/* Cac ham an toan chu yeu la SYSCALL truc tiep (write, read,
   close, _exit, kill) va vai ham don gian khong trang thai.

   Gan nhu MOI ham thu vien C tang cao (printf, malloc, cac ham
   chuoi phuc tap) deu KHONG an toan, vi chung dung khoa hoac
   trang thai toan cuc.

   Quy tac de nho: neu ban khong CHAC mot ham an toan, coi nhu no
   KHONG an toan. Trong handler, chi lam ba viec:
     1. Gan mot bien volatile sig_atomic_t.
     2. Goi write() de in thong bao (neu that su can).
     3. Goi _exit() de thoat.
   Moi thu khac de o vong lap chinh. */

#Vì sao printf nguy hiểm

sigbad.c, printf trong handler

#include <stdio.h>
#include <signal.h>

static void xu_ly(int s) {
    (void)s;
    printf("[trong handler] KHONG an toan!\n");   /* SAI: printf khong an toan */
}

int main(void) {
    signal(SIGINT, xu_ly);
    raise(SIGINT);
    printf("[main] sau raise\n");
    return 0;
}

terminal

gcc -O2 -Wall -Wextra sigbad.c -o sigbad.exe && ./sigbad.exe

[trong handler] KHONG an toan!
[main] sau raise

Nó chạy đúng ở đây, và đó chính là cái bẫy

/* Ban ghi tren cho thay printf trong handler CHAY DUOC. Do la
   dieu nguy hiem nhat: no chay dung PHAN LON thoi gian.

   Loi chi xuat hien khi tin hieu toi DUNG luc luong chinh dang
   o giua mot printf khac, giu khoa stdio. Luc do handler goi
   printf, thu lay khoa, va khoa chet.

   Xac suat trung dung thoi diem do rat nho, nen loi:
     - hiem khi xay ra
     - khong tai hien duoc theo y muon
     - chi lo ra tren san xuat, duoi tai cao
   Do la loai loi ton nhieu ngay nhat.

   Cach chung minh manh hon (tren Linux): goi printf trong CA
   main (vong lap in lien tuc) VA handler, roi gui tin hieu lien
   tuc:
     while true; do kill -INT PID; done
   Sau mot luc, chuong trinh treo hoac in ra rac. Do la khoa chet
   hoac hong trang thai stdio that su xay ra. */

#Mẫu đúng

Handler chỉ đặt cờ, main xử lý

#include <signal.h>
#include <unistd.h>

static volatile sig_atomic_t co_tin_hieu = 0;

static void handler(int s) {
    (void)s;
    co_tin_hieu = 1;                /* CHI dat co */
    /* Neu that su can in trong handler, dung write (an toan): */
    /* write(STDERR_FILENO, "nhan tin hieu\n", 14); */
}

int main(void) {
    struct sigaction sa = {0};
    sa.sa_handler = handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = SA_RESTART;
    sigaction(SIGINT, &sa, NULL);

    while (1) {
        if (co_tin_hieu) {          /* xu ly o vong lap chinh: AN TOAN */
            don_dep();
            break;
        }
        lam_viec();
    }
    return 0;
}

Làm việc trong handler

static void handler(int s) { (void)s; printf("dang thoat...\n"); /* khong an toan */ dong_moi_ket_noi(); /* dung khoa, malloc, khong an toan */ luu_du_lieu(); /* ghi tep phuc tap, khong an toan */ exit(0); /* chay atexit, khong an toan */ }

Chỉ đặt cờ

static void handler(int s) { (void)s; co_tin_hieu = 1; /* DUY NHAT dieu an toan */ } /* Don dep o vong lap chinh, noi moi ham deu an toan: */ if (co_tin_hieu) { dong_moi_ket_noi(); luu_du_lieu(); break; }

Nếu phải in trong handler, dùng write không printf

/* write() la async-signal-safe, printf khong. Neu ban that su
   can in tu handler (vi du bao "da nhan SIGSEGV" truoc khi thoat): */

static void xu_ly_segv(int s) {
    (void)s;
    const char msg[] = "nhan SIGSEGV, thoat\n";
    write(STDERR_FILENO, msg, sizeof msg - 1);   /* AN TOAN */
    _exit(1);                                     /* _exit, khong exit */
}

/* KHONG dung printf, snprintf, hay bat ky ham stdio nao. write
   ghi thang xuong fd, khong dem, khong khoa. Va _exit thoat ngay,
   khong xa bo dem stdio.

   Voi in backtrace khi sap, dung backtrace_symbols_fd (an toan),
   khong dung backtrace_symbols (goi malloc, khong an toan). */

#Ống tự đánh thức

Kỹ thuật để kết hợp tín hiệu với vòng lặp sự kiện

/* Van de: mot server dung select/epoll (Bai 46.9) CHAN trong
   epoll_wait. Khi SIGINT toi, handler dat co, nhung epoll_wait
   van dang chan, khong kiem tra co. Server khong thoat cho toi
   khi co mot su kien mang.

   Giai phap "self-pipe" (ong tu danh thuc):
     1. Tao mot pipe.
     2. Dua dau DOC cua pipe vao tap epoll theo doi.
     3. Handler GHI mot byte vao dau ghi (write an toan!).
     4. epoll_wait thuc day ngay vi pipe co du lieu.
     5. Vong lap thay byte tu pipe, biet co tin hieu, thoat sach. */

static int pipe_tin_hieu[2];
static void handler(int s) {
    (void)s;
    write(pipe_tin_hieu[1], "x", 1);    /* write AN TOAN trong handler */
}
/* Trong vong lap: dua pipe_tin_hieu[0] vao epoll. Khi no san sang
   doc, nghia la co tin hieu -> thoat.

   Tren Linux hien dai co signalfd va eventfd, sach hon self-pipe,
   cho phep doc tin hieu nhu doc mot mo ta tep. Do la cach thoat
   sach dung cho server su kien. Xem Bai 46.10. */

Tự làm thử

Gọi printf trong cả main và handler, gửi tín hiệu liên tục, và quan sát chương trình hỏng.
Viết lại theo mẫu handler chỉ đặt cờ và xác nhận nó không hỏng.
In một thông điệp từ handler dùng write thay vì printf.
Bắt SIGSEGV, in backtrace bằng backtrace_symbols_fd, rồi _exit.
Đọc man 7 signal-safety và liệt kê mười hàm an toàn.
Cài kỹ thuật self-pipe để tín hiệu đánh thức một vòng lặp select.

Trình chấm điểm tự động sẽ được bổ sung ở giai đoạn sau. Hiện tại bạn tự chạy thử trên máy.

Tóm tắt

Handler chạy giữa chừng mọi thứ, nên chỉ được gọi hàm async-signal-safe.
write, _exit, kill, gán sig_atomic_t là an toàn; printf, malloc, exit thì không.
printf trong handler chạy đúng phần lớn thời gian và chỉ hỏng khi trùng thời điểm, nên là lỗi cực khó tìm.
Mẫu an toàn: handler chỉ đặt cờ, việc thật làm ở vòng lặp chính; nếu phải in thì dùng write.
Self-pipe hoặc signalfd kết hợp tín hiệu với vòng lặp sự kiện để thoát sạch một server.