sig_atomic_t实际上如何工作？

Question

编译器或操作系统如何区分sig_atomic_t类型和普通的int类型变量，并确保操作是原子的？使用两者的程序具有相同的汇编代码。如何特别注意使操作成为原子？

Answer 1

sig_atomic_t不是原子数据类型。它只是您可以在信号处理程序的上下文中使用的数据类型，即全部。因此，最好将名称读作“相对于信号处理的原子”。

为了保证与信号处理程序之间的通信，只需要原子数据类型的一个属性，即读取和更新将始终看到一致的值。其他数据类型（例如可能long long）可以用较低和较高部分的几个汇编指令编写，例如：保证sig_atomic_t可以一次性读写。

因此，平台可以选择任何整数基类型为sig_atomic_t，以保证volatile sig_atomic_t可以安全地用于信号处理程序。许多平台为此选择了int，因为他们知道对于他们int只用一条指令编写。

最新的C标准C11具有原子类型，但它们完全不同。其中一些（那些“无锁”）也可能用于信号处理程序，但这又是一个完全不同的故事。

Answer 2

请注意，sig_atomic_t不是线程安全的，只是异步信号安全。

原子论涉及两种障碍：

1. 编译器障碍。它确保编译器不会对读取/写入其他变量的原子变量重新排序读取/写入。这是volatile关键字的作用。
2. CPU障碍和可见性。它确保CPU不会重新排序读取和写入。在x86上，对齐1,2,4,8字节存储的所有加载和存储都是原子的。可见性可确保商店对其他线程可见。同样，在Intel CPU上，由于cache coherence and memory coherence protocol MESI，商店可以立即显示给其他线程。但这可能会在未来发生变化。有关详细信息，请参阅英特尔®64和IA-32架构软件开发人员手册第3A卷中的§8.1锁定原子操作。

对主题观察atomic Weapons: The C++ Memory Model and Modern Hardware进行全面处理。

Answer 3

sig_atomic_t通常只是typedef（对某些系统特定的整数类型，通常为int或long）。使用volatile sig_atomic_t（不仅仅是sig_atomic_t）非常重要。

当您添加volatile关键字时，编译器必须避免大量优化。

最近的C11标准添加了_Atomic和<stdatomic.h>。您需要最近的GCC（例如4.9）来支持它。

Answer 4

  

使用两者的程序具有相同的汇编程序代码。如何特别注意使操作成为原子？

虽然这是一个老问题，但我认为仍然值得专门解决这部分问题。在Linux上，sig_atomic_t由glibc提供。 glibc中的sig_atomic_t是int的typedef，没有特殊处理（截至本文）。 glibc docs解决了这个问题：

  

在实践中，您可以假设int是原子的。你也可以假设   指针类型是原子的;这很方便。这两个   在GNU C库的所有机器上都有假设   支持我们所知道的所有POSIX系统。

换句话说，只有普通int已经满足glibc支持的所有平台上sig_atomic_t的要求，并且不需要特殊支持。尽管如此，C和POSIX标准要求sig_atomic_t因为可能有一些奇特的机器，我们要在其上实现C {和} int不满足sig_atomic_t的要求。

Answer 5

此数据类型似乎是原子的。 从这里：https://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Atomic-Types.html

  

24.4.7.2原子类型为了避免不确定中断变量的访问，可以使用特定的数据类型进行访问   总是原子的：sig_atomic_t。读取和写入此数据类型是   保证只在一条指令中发生，所以没有办法   处理程序以在访问“中间”运行。

     

类型sig_atomic_t始终是整数数据类型，但它是哪一个   的大小以及其中包含的位数可能会因计算机而异。

     

数据类型：sig_atomic_t这是整数数据类型。这个的对象   类型始终是原子访问的。

     

在实践中，您可以假定int是原子的。你也可以假设   指针类型是原子的；那很方便。这两个   假设在GNU C库的所有机器上都是正确的   支持我们所知道的所有POSIX系统。