POSIX线程和信号

Question

我一直在尝试理解 POSIX 线程和 POSIX 信号交互的复杂性。特别是，我感兴趣的问题有：

• 控制信号传递到哪个线程是最好的方式（假设它在第一时间不是致命的）？
• 告诉另一个可能很忙的线程信号已经到达，什么是最好的方式？（我已经知道从信号处理程序中使用 pthread 条件变量是一个坏主意。）
• 如何安全地处理将信号发生的信息传递给其他线程？这需要在信号处理程序中进行吗？（通常情况下，我不想结束其他线程；我需要更加微妙的方法。）

为了参考，我正在研究如何转换 TclX 包以支持线程，或者将其分解并至少使某些有用部分支持线程。信号是其中特别感兴趣的一部分。

- Donal Fellows

Answer 1

• 如何控制信号传递到哪个线程是最好的方式？

正如 @zoli2k 所指出的那样，明确指定单个线程来处理您想要处理的所有信号（或一组线程，每个线程都有特定的信号职责）是一种很好的技术。

• 告诉另一个（可能真的很忙的）线程信号已经到达的最佳方法是什么？[...]
• 如何安全地处理传递信号已发生的信息给其他线程？是否需要在信号处理程序中执行此操作？

我不会说“最好的”，但这是我的建议：

在主函数中阻塞所有需要的信号，以便所有线程都继承该信号掩码。然后，将专门接收信号的线程设计为以信号驱动的事件循环，将新到达的信号作为其他线程间通信进行分发。

最简单的方法是让线程使用sigwaitinfo或sigtimedwait循环接受信号。然后，该线程以某种方式转换信号，例如广播 pthread_cond_t，唤醒具有更多 I/O 的其他线程，在应用程序特定的线程安全队列中排队一个命令，等等。

另一种方法是，特殊线程可以允许信号递送到信号处理程序，只有在准备好处理信号时才解除屏蔽以进行递送。(不过，通过处理程序递送信号往往比通过 sigwait 家族接受信号更容易出错。) 在这种情况下，接收方的信号处理程序执行一些简单且异步信号安全的操作: 设置 sig_atomic_t 标志、调用 sigaddset(&signals_i_have_seen_recently, latest_sig)、向非阻塞的self-pipe写入一个字节等。然后，在其被屏蔽的主循环中，该线程向其他线程通报已收到信号，就像上面所述。

(更新@caf 正确指出 sigwait 方法更加优越。)

- pilcrow

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这是一个更有用的答案，特别是因为它也可以用于处理非致命信号处理。谢谢！ - Donal Fellows

最简单的方法是信号处理线程根本不安装信号处理程序 - 相反，它在 sigwaitinfo()（或sigtimedwait()）上循环，然后按照最后一段所述将它们分派到应用程序的其余部分。 - caf

@caf，确实如此。已更新。 - pilcrow

Answer 2

根据POSIX标准，所有线程应该在系统中显示相同的PID，并且可以使用pthread_sigmask()为每个线程定义信号阻塞掩码。

由于对于每个PID只允许定义一个信号处理程序，我更喜欢在一个线程中处理所有信号，并在运行的线程需要取消时发送pthread_cancel()。这是比使用pthread_kill()更可取的方法，因为它允许为线程定义清理函数。

在一些旧版本系统上，由于缺乏适当的内核支持，运行的线程可能与父线程的PID不同。有关在Linux 2.4上使用linuxThreads进行信号处理的常见问题解答。

- zoli2k

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你所说的“implemented”是什么意思？此外，总是在响应信号时清除其他线程并不正确（SIGHUP和SIGWINCH需要更多的细节），而使用条件变量让其他线程知道则是不安全的。回答不佳。 - Donal Fellows

取消了我的负评，但这仍然不是一个充分的答案，因为我不能只是响应信号杀掉线程。在某些情况下，我会对本地事件进行排队以作出响应，在其他情况下，我必须非常仔细地拆除线程（顺便说一句，我已经有了大部分执行这些部分的机制；缺少的是与操作系统信号的连接）。 - Donal Fellows

@zoli2k：我最近尝试在新克隆的 uClibc git 主分支上运行 make menuconfig。确实存在一种选择旧的 LinuxThreads 和较新的 NPTL 作为 POSIX 线程实现方式，但截至2012年的帮助仍然建议不要选择 NPTL。因此，在现代嵌入式 Linux 系统中，即使系统运行的是足够新的 Linux 内核，仍然常见使用已过时的 LinuxThreads 实现。 - FooF

Answer 3

目前的情况：

• 信号分为不同的主要类别，其中一些通常应该直接终止进程（SIGILL），而有些则从不需要任何操作（SIGIO；最好直接进行异步IO）。这两个类别无需采取任何行动。
• 某些信号不需要立即处理；如SIGWINCH可以排队等待方便时再处理（就像来自X11的事件一样）。
• 棘手的是那些你想通过中断正在进行的操作来响应它们，但又不想彻底清除线程的信号。特别是，在交互模式下，SIGINT应该使事物保持响应状态。

我仍然需要整理signal vs sigaction、pselect、sigwait、sigaltstack以及整个POSIX（和非POSIX）API的许多其他部分。

- Donal Fellows

Answer 4

在我看来，Unix V信号和posix线程不太相容。Unix V诞生于1970年，而POSIX则是1980年的产物。

存在着取消点，如果你在一个应用程序中同时允许信号和pthread，你最终会发现需要在每个调用周围编写循环，这些循环可能会出现意外的EINTR错误。

因此，在我必须在Linux或QNX上进行多线程编程的（少数）情况下，我会为所有线程（但一个除外）屏蔽所有信号。

当Unix V信号到达时，进程切换堆栈（这就是Unix V中进程内并发所能实现的最大程度）。

正如其他帖子中的提示，现在可能可以告诉系统哪个posix线程将成为该堆栈切换的受害者。

一旦你成功地让你的信号处理线程工作起来，问题仍然存在，即如何将信号信息转换为其他线程可以使用的有意义的信息。需要一个线程间通信的基础设施。有用的一种模式是Actor模式，其中每个线程都是某个进程内消息传递机制的目标。

因此，与其取消其他线程或杀死它们（或其他奇怪的事情），你应该尝试将信号从信号上下文传递到你的信号处理线程，然后使用你的Actor模式通信机制向那些需要与信号相关信息的Actor发送语义上有用的消息。

- user2173833