Cython、Python 和 KeyboardInterrupt 被忽略。

Question

有没有一种方法可以基于嵌入在Cython扩展中的循环来中断（Ctrl+C）Python脚本？

我有以下Python脚本：

def main():

    # Intantiate simulator
    sim = PySimulator()
    sim.Run()

if __name__ == "__main__":
    # Try to deal with Ctrl+C to abort the running simulation in terminal
    # (Doesn't work...)
    try:
        sys.exit(main())
    except (KeyboardInterrupt, SystemExit):
        print '\n! Received keyboard interrupt, quitting threads.\n'

这段代码是C++ Cython扩展中的循环。 当按下Ctrl+C时，就会抛出KeyboardInterrupt异常，但程序会忽略它并继续运行，直到模拟结束。

我找到的解决方法是，在扩展中捕获SIGINT信号以处理异常：

#include <execinfo.h>
#include <signal.h>

static void handler(int sig)
{
  // Catch exceptions
  switch(sig)
  {
    case SIGABRT:
      fputs("Caught SIGABRT: usually caused by an abort() or assert()\n", stderr);
      break;
    case SIGFPE:
      fputs("Caught SIGFPE: arithmetic exception, such as divide by zero\n",
            stderr);
      break;
    case SIGILL:
      fputs("Caught SIGILL: illegal instruction\n", stderr);
      break;
    case SIGINT:
      fputs("Caught SIGINT: interactive attention signal, probably a ctrl+c\n",
            stderr);
      break;
    case SIGSEGV:
      fputs("Caught SIGSEGV: segfault\n", stderr);
      break;
    case SIGTERM:
    default:
      fputs("Caught SIGTERM: a termination request was sent to the program\n",
            stderr);
      break;
  }
  exit(sig);

}

然后：

signal(SIGABRT, handler);
signal(SIGFPE,  handler);
signal(SIGILL,  handler);
signal(SIGINT,  handler);
signal(SIGSEGV, handler);
signal(SIGTERM, handler);

我能不能从Python或者Cython中实现这个功能呢？因为我将要在Windows/MinGW下移植我的扩展，所以我希望有一些不那么依赖于Linux的东西。

- Gauthier Boaglio

Answer 1

你需要定期检查待处理信号，例如，在模拟循环的每第N次迭代中：

from cpython.exc cimport PyErr_CheckSignals

cdef Run(self):
    while True:
        # do some work
        PyErr_CheckSignals()

PyErr_CheckSignals将运行使用signal模块安装的信号处理程序（这包括必要时引发KeyboardInterrupt）。

PyErr_CheckSignals非常快，可以经常调用。请注意，它应该从主线程中调用，因为Python在主线程中运行信号处理程序。从工作线程调用它没有任何效果。

说明

由于信号以不可预测的时间异步传递，因此直接从信号处理程序中运行任何有意义的代码是有问题的。因此，Python排队传入的信号。该队列稍后作为解释器循环的一部分进行处理。

如果您的代码完全编译，解释器循环将永远不会执行，并且Python没有机会检查和运行排队的信号处理程序。

- Nikita Nemkin

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PyErr_CheckSignals() 在 Windows 上能否处理 Ctrl-C 信号？我选择在主线程中使用 while sim.running: time.sleep(1) 循环来避免隐式信号检查，只要另一个线程中的 Cython 代码定期释放 GIL 就可以工作。+1 for the explanation. - jfs

我错误地使用了“opt out”。我本意是相反的：“s/opt out/choose to do/”在上面。 - jfs

谢谢。我会试一试，并且仍然想对其进行基准测试，因为在我的模拟中性能非常重要（可能需要数小时，甚至数天）。但这似乎是我一直梦寐以求的解决方案... - Gauthier Boaglio

这对于任何在Cython中编写的长时间运行的循环都是必需的，还是只针对调用外部C函数的循环？ - Snorfalorpagus

Answer 2

如果您正在处理释放GIL的代码中的KeyboardInterrupt（例如，因为它使用cython.parallel.prange），则需要重新获取GIL以调用PyErr_CheckSignals。以下片段（改编自上面@nikita-nemkin的答案）说明了您需要做的事情：

from cpython.exc cimport PyErr_CheckSignals
from cython.parallel import prange

cdef Run(self) nogil:
    with nogil:
        for i in prange(1000000)
            # do some work but check for signals every once in a while
            if i % 10000 == 0:
                with gil:
                    PyErr_CheckSignals()

- ngoldbaum

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除非你在主线程中，否则调用PyErr_CheckSignals是毫无意义的。 - jfs

Answer 3

当Cython运行与Python无关的部分时，释放GIL，在主线程中运行循环（睡眠或检查模拟状态），并在except中调用sim.Stop()（可以设置一些标志，供您的模拟定期检查）。

- jfs

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好的，那听起来很有意义（即使我暗自希望有一个不费力的解决方案;-)。谢谢你的建议。 - Gauthier Boaglio

Answer 4

是的，可以使用来自cysignals包的宏sig_on和sig_off：

from cysignals.signals cimport sig_on, sig_off

def foo():
    sig_on()
    call_c_code_that_takes_long()
    sig_off()

宏sig_on和sig_off被声明为函数位于cysignals/signals.pxd中, 并在宏位于cysignals/macros.h中中定义，这是基于宏_sig_on_（根据函数_sig_on_prejmp和_sig_on_postjmp定义）和函数_sig_off_。键盘中断（SIGINT）的信号处理程序在此处安装，并且实现原理在此处概述。

从 cysignals == 1.6.5 开始，只支持 POSIX 系统。可以使用 Cython 的 条件编译 来遵循这种方法，在任何可用 cysignals 的地方都允许在非 POSIX 系统上编译（在这些系统上 Ctrl-C 不起作用）。

在脚本 setup.py 中：

compile_time_env = dict(HAVE_CYSIGNALS=False)
# detect `cysignals`
if cysignals is not None:
    compile_time_env['HAVE_CYSIGNALS'] = True
...
c = cythonize(...,
              compile_time_env=compile_time_env)

并且在相关的 *.pyx 文件中：

IF HAVE_CYSIGNALS:
    from cysignals.signals cimport sig_on, sig_off
ELSE:
    # for non-POSIX systems
    noop = lambda: None
    sig_on = noop
    sig_off = noop

还请参阅此答案。

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