从线程内部派生是否安全？

Question

让我解释一下:我已经在Linux上开发了一个应用程序，它派生并执行一个外部二进制文件，然后等待它完成。结果通过shm文件传递，这些文件是fork +进程所特有的。整个代码都封装在一个类中。

现在，我正在考虑将进程线程化，以加快速度。拥有许多不同的类函数实例，派生并并发执行二进制文件(使用不同的参数)，并使用自己独特的shm文件传递结果。

这个线程安全吗？如果我在一个线程中派生，除了安全之外，还有什么我需要注意的吗？任何建议或帮助都是非常感谢的！

Answer 1

问题是fork()只复制调用线程，子线程中保存的任何互斥锁都将永远锁定在派生的子线程中。pthread解决方案是pthread_atfork()处理程序。其想法是您可以注册3个处理程序:一个prefork、一个父处理程序和一个子处理程序。当fork()发生时，prefork在fork之前被调用，并期望获得所有应用程序互斥锁。父进程和子进程必须分别释放父进程和子进程中的所有互斥锁。

不过，这还不是故事的结尾！库调用pthread_atfork来注册特定于库的互斥锁的处理程序，例如Libc就是这样做的。这是一件好事:应用程序不可能知道第三方库持有的互斥锁，所以每个库都必须调用pthread_atfork，以确保在发生fork()时清除自己的互斥锁。

问题是，为不相关的库调用pthread_atfork处理程序的顺序是未定义的(这取决于程序加载这些库的顺序)。因此，这意味着从技术上讲，由于竞争条件，prefork处理程序内部可能会发生死锁。

例如，考虑以下序列：

fork()

• libc预派生处理程序在T1中调用(例如，T1现在持有所有的LIBC锁)

• 接下来，在线程T2中，第三方库A获得自己的互斥锁AM，然后进行需要互斥锁的libc调用。这会阻塞，因为libc互斥锁由T1持有。

• 线程T1为库A运行预派生处理程序，后者会阻塞等待获取AM的进程，AM由T2持有。

这就是你的死锁，它与你自己的互斥锁或代码无关。

这实际上发生在我曾经参与的一个项目中。我当时发现的建议是选择fork或线程，但不能两者都选。但对于某些应用程序来说，这可能并不实用。

Answer 2

只要您非常注意fork和exec之间的代码，那么在多线程程序中派生是安全的。在该范围内，您只能进行可重入(也称为异步安全)系统调用。理论上，您不允许在那里使用malloc或free，尽管在实践中默认的Linux分配器是安全的，并且Linux库开始依赖它，最终结果是您必须使用默认的分配器。

Answer 3

虽然您可以将Linux的NPTL pthreads(7)支持用于您的程序，但正如您在fork(2)问题中所发现的那样，线程在Unix系统上并不适合。

由于fork(2)在现代系统上是一个非常廉价的操作，当您有更多的处理要执行时，您可能会做得更好，只对您的进程执行fork(2)。这取决于您打算来回移动多少数据，forked进程的无共享原则对于减少共享数据but很有帮助，但这确实意味着您要么使用need to create pipes to move data between processes，要么使用共享内存(shmget(2)或shm_open(3))。

但是，如果您选择使用线程，则可以使用fork(2)手册页中的以下提示来fork(2)一个新进程：

\* The child process is created with a single thread — the one that called fork(). The entire virtual address space of the parent is replicated in the child, including the states of mutexes, condition variables, and other pthreads objects; the use of pthread\_atfork(3) may be helpful for dealing with problems that this can cause.