多线程fork场景下Linux系统调用死锁问题排查

背景与实现流程 #

近期开发了一款工具，需反复启动可执行程序，通过管道传入大量数据并分析结果。因属于计算密集型任务，使用pthreads实现多线程。工具仅启动「数据处理」应用（如sha256sum），这类应用从stdin读取数据至EOF后输出简单结果。

工具的核心执行流程如下：

1. 主线程创建工作线程池，以及用于屏障/「闸门」、任务完成通知的互斥锁与条件变量，工作线程启动后进入等待状态。
2. 每轮任务执行步骤：
   • 主线程「打开」闸门，触发工作线程执行任务。
   • 工作线程通过fork-exec启动sha256sum，创建stdin/stdout管道；用随机数生成器填充缓冲区并写入子进程，关闭写端；读取子进程输出结果后调用wait()等待子进程结束。
   • 主线程等待所有线程完成任务，处理数据并打印结果。
3. 主线程发出结束信号，释放闸门并调用join回收线程。
4. 工作线程检测到结束信号后退出。
5. 主线程完成所有资源清理。

问题现象 #

程序可通过首个参数指定线程数，当线程数大于1时，代码会迅速卡住，部分工作线程阻塞在read()、close()或wait()调用中。
使用Valgrind的DRD和Helgrind工具检测未发现问题，且在这些工具的调度下程序可正常运行（推测是工具调度更具确定性）。

已做排查 #

已发现线程共享pipe()创建的文件描述符问题，已处理子进程关闭未使用的继承管道（否则会导致EOF无法正常触发），但仍未解决死锁问题。

核心疑问 #

请问该代码中存在何种竞态条件，导致死锁？

注：已知存在更简便的实现方式（如使用哈希库而非fork-exec），但希望通过排查此问题深入学习，目前尚未找到根本原因。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Doddy