混合线程，叉子和互斥体，我应该注意什么？

Question

如果我fork一个线程持有互斥锁的进程，如果我在孩子中立即exec，我相对安全吗？在exec之前，孩子可以安全地做些什么？

如果执行fork的线程然后孩子在调用exec之前继续释放互斥锁会导致问题吗？如果我尝试获取父进程在fork之前拥有的子进程中的互斥锁（并且可能或可能仍然拥有），会发生什么？

不同平台上的答案有何不同？我主要关注的是Unix变体，特别是Linux。但我对NT感到好奇。当然，NT（据我所知）并没有fork。

Answer 1

有关在多线程环境中与fork相关的问题的讨论，请参阅pthread_atfork，尤其是RATIONALE部分。它还提示了一个孩子和父母在fork之前和之后应该有效的内容。

更新：RATIONALE部分是非规范性的，结果证明与标准的其他部分相冲突。有关详细信息，请参阅Dave Butenhof的this defect report。

exec之后的立即fork应该对任何多线程程序状态（即任何持有任何互斥锁的线程）都是安全的。截至fork和exec之间的情况，情况很复杂：

最重要的是，在子进程中只复制了一个线程（称为fork）。因此，fork时另一个线程持有的任何互斥锁都会永久锁定。那就是（假设非进程共享的互斥锁）子进程中的 copy 永远被锁定，因为没有线程可以解锁它。

fork之后释放互斥锁是可行的，也就是说，如果fork线程首先拥有互斥锁。这就是pthread_atfork处理程序通常的工作方式：在fork之前锁定互斥锁，在子中解锁并在父级中解锁。

在获取fork之前拥有进程的互斥锁时（记住，我们在子地址空间中讨论副本）：如果它是由{{>拥有的{{ 1}}线程，它是递归锁定（适用于fork）;如果它由另一个线程拥有，它将永远锁定并且无法重新获取。

通过注册相应的PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE处理程序，第三方库可以保证在pthread_atfork和fork之间安全使用。 （我希望它主要来自编程语言运行时，而不是通用库）。

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经过一些更多的研究，我建议避免exec上依赖以任何方式，除了pthread_atfork和{{之间的异步信号安全呼叫之外什么都不做1}}（放弃fork / exec fork会更好。）

问题是，exec本身可以在信号处理程序中调用。它排除了posix_spawn的任何重要使用，即使它的RATIONALE明确提到解锁互斥锁并在子进程中重新创建线程（！）。

我认为不同可能的解释的“灰色地带”仍然存在：

1. 对于已知的程序中的fork处理程序，永远不要在信号处理程序中调用pthread_atfork。
2. 对于信号处理程序中不的pthread_atfork调用周围发生的非pthread-atfork操作。

但很清楚哪种读数将用于便携式应用。

Answer 2

在fork（）之后安装exec（），前提是互斥锁由exec（）替换的程序所拥有。如果互斥锁是库的一部分并且正在保护必须以串行方式访问的资源，那么它应该调用pthread_atfork（）来注册回调：

1. 在fork本身之前以及在进行fork（）系统调用的线程的上下文中调用的函数。通常，此函数将获取保护关键部分的互斥锁的锁定，从而保证在fork期间没有线程位于关键部分内
2. 在创建子进程之后但在fork（）系统调用返回之前，在线程调用fork（）的上下文中调用的函数。然后，此函数可以解锁父进程中的互斥锁。
3. 要在子进程的线程上下文中调用的函数，如果/当进程分叉时 - 在创建子进程之后但在fork（）系统调用返回之前调用它。然后，子进程可以解锁其互斥锁的副本。

POSIX标准将fork（）之后和exec（）之前允许的系统调用类型限制为所谓的async-signal-safe系统调用。创建线程未明确列为异步信号安全系统调用，因此POSIX不允许子进程在fork（）之后和exec（）之前创建线程。具有讽刺意味的是，解锁互斥锁并未明确列为异步信号安全系统调用，并且如果fork（）的意图是exec，则在子进程中的fork（）之后并不严格允许它。 ） - 可能是标准中的疏忽。