UNIX环境高级编程——线程和信号

2021-07-27 12:44:28

每个线程都有自己的信号屏蔽字，但是信号的处理是进程中所有线程共享的。这意味着尽管单个线程可以阻止某些信号，但当线程修改了与某个信号相关的处理行为以后，所有的线程都必须共享这个处理行为的改变。这样如果一个信号选择忽略某个信号，而其他的线程可以恢复信号的默认处理行为，或者为信号设置一个新的处理程序，从而可以撤销上述线程的信号选择。

进程中的信号是送到单个线程的，如果信号与硬件故障或者计时器超时有关，该信号就被发送到引起该事件的线程中去，而其他的信号则被发送到任意一个线程。

sigprocmask的行为在多线程的进程中没有定义，线程必须使用pthread_sigmask。

int pthread_sigmask(int how,const sigset_t * newmask, sigset_t * oldmask);//返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

pthread_sigmask函数与sigprocmask函数基本相同，除了pthread_sigmask工作在线程中，并且失败时返回错误码，而不像sigprocmask中那样设置errno并返回-1.

线程可以通过调用sigwait等待一个或多个信号发生：

int sigwait(const sigset_t * set, int * signop);//返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

set参数指出了线程等待的信号集，signop指向的整数将作为返回值，表明发送信号的编号（即SIGINT对应2号）。
注意：sigwait函数所等待的信号集里的信号在之前必须被阻塞（即等待的信号需要添加到信号屏蔽字里面）。

sigwait函数将阻塞调用它的线程，直到收到它等待的信号发生了，然后sigwait将其从未决队列中取出（因为被阻塞了，所以肯定是未决了），但是有一点需要注意的是：它从未决队列取出之后，并不影响那个被取出的信号原来被阻塞的状态（即原来的信号屏蔽字不会改变的）。
它所做的工作只有两个：

等待它所等待的信号；
如果所等待的信号产生了，则将其从未决队列中移出来

如果多个线程调用sigwait时，且等待的是同一个信号，这时就会出现线程阻塞。当信号递送的时候，只有一个线程可以从sigwait中返回。如果信号被捕获（例如进程通过使用sigaction建立了一个信号处理程序）而且线程正在sigwait调用中等待同一个信号，那么则时候由操作系统实现来决定以何种方式递送信号。在这种情况下，操作系统实现可以让sigwait返回，也可以激活信号处理程序，但不能出现两者皆可的情况。（下面有代码验证，验证结果是：在Ubuntu 10.04系统下，sigwait的优先级高一些）

要把信号发送到进程，可以调用kill；要把信号发送到线程，可以调用pthread_kill：

#include <signal.h>

int pthread_kill(pthread_t thread,int signo);//返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号。 线程不存在：ESRCH  信号不合法：EINVAL

可以传一个0值的signo来检查线程是否存在。如果信号的默认处理动作是终止进程，那么把信号传递给某个线程仍然会杀掉整个进程，所以我们用0号信号，这是一个保留信号，一个作用是用来判断线程是否还活着的。
kill()向进程发送信号，由哪个线程处理该信号是未知的。可能发生的情况是，进程本身屏蔽了该信号，而某个线程没有屏蔽改信号，进而该线程处理了该信号。
注意闹钟定时器是进程资源，并且所有的线程共享相同的alarm。所以进程中的多个线程不可能不干扰（或互不合作）的使用闹钟定时器。

示例代码：

#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <signal.h>

void sig_thread_func(int sig)

{

	printf("sig_thread_func : sig = %d\n", sig);

}

void sig_func(int sig)

{

	printf("sig_func : sig = %d\n",sig);

}

void *func1(void *arg)

{

    signal(SIGUSR1, sig_thread_func);   //线程1先运行，设置了signal

	sigset_t set;

	sigfillset(&set);

	sigdelset(&set, SIGUSR1);

	pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &set, NULL);//线程1屏蔽了除了SIGUSR1外的所有信号

	printf("pthread 1 run\n");

	int i;

	for(i = 0; i < 7; ++i)

	{

		printf("1...\n");

		sleep(1);

	}

	return 0;

}

void *func2(void *arg)

{

	printf("pthread 2 run\n");

	int i;

	for(i = 0; i < 7; ++i)

	{

		printf("2...\n");

		sleep(1);

	}

	return 0;

}

int main()

{

	pthread_t tid1, tid2;

	pthread_create(&tid1, NULL, func1, NULL);

	pthread_create(&tid2, NULL, func2, NULL);

	sleep(1);

	signal(SIGUSR1, sig_func);  //覆盖了线程1设置的signal

    //向线程1发送SIGUSR1，SIGUSR2

	sleep(1);

	pthread_kill(tid1, SIGUSR1);//调动handler

	sleep(1);

	pthread_kill(tid1, SIGUSR2);//屏蔽了，无响应

    //向线程2发送SIGUSR1,SIGUSR2

	sleep(1);

	pthread_kill(tid2, SIGUSR1);//调用handler

	sleep(1);

	//pthread_kill(tid2, SIGUSR2);//会终止进程，是进程！

	sigset_t set;

	sigfillset(&set);

	sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, NULL);//进程屏蔽了所有信号

	sleep(1);

	kill(getpid(), SIGUSR1);//调动handler？其实是线程1响应的

	pthread_join(tid1, NULL);

	pthread_join(tid2, NULL);

	return 0;

}

运行结果：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out

pthread 2 run

2...

pthread 1 run

1...

2...

1...

2...

sig_func : sig = 10

1...

2...

1...

sig_func : sig = 10

2...

1...

2...

1...

2...

sig_func : sig = 10

1...

示例代码2：

#include<stdio.h>

#include<pthread.h>

#include<signal.h>

static void sig_alrm(int signo);

static void sig_init(int signo);

int

main()

{

    sigset_t set;

    int sig;

    sigemptyset(&set);

    sigaddset(&set, SIGALRM);

    pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &set, NULL);//阻塞SIGALRM信号

    signal(SIGALRM, sig_alrm);

    signal(SIGINT, sig_init);

    sigwait(&set, &sig);//sigwait只是从未决队列中删除该信号，并不改变信号掩码。也就是，当sigwait函数返回，它监听的信号依旧被阻塞。

    switch(sig){

    case 14:

        printf("sigwait, receive signal SIGALRM\n");

        /*do the job when catch the sigwait*/

        break;

    default:

        break;

    }

 //   sigdelset(&set, SIGALRM);

 //   pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &set, NULL);

    for(;;)

    {}

    return 0;

}

static void

sig_alrm(int signo)

{

    printf("after sigwait, catch SIGALRM\n");

    fflush(stdout);

    return ;

}

static void

sig_init(int signo)

{

    printf("catch SIGINT\n");

    return ;

}

执行命令：

第一个终端：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out

第二个终端：

huangcheng@ubuntu:~$ kill -2 2682

huangcheng@ubuntu:~$ kill -2 2682

huangcheng@ubuntu:~$ kill -14 2682

huangcheng@ubuntu:~$ kill -14 2682

huangcheng@ubuntu:~$ kill -14 2682

huangcheng@ubuntu:~$ kill -14 2682

执行结果：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out

catch SIGINT

catch SIGINT

sigwait, receive signal SIGALRM

结果说明：sigwait不会改变屏蔽字，仅仅是从未决队列中删除其等到的信号。

示例代码3：

#include<stdio.h>

#include<pthread.h>

#include<signal.h>

static void sig_alrm(int signo);

static void sig_init(int signo);

int

main()

{

    sigset_t set;

    int sig;

    sigemptyset(&set);

    sigaddset(&set, SIGALRM);

    pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &set, NULL);//阻塞SIGALRM信号

    signal(SIGALRM, sig_alrm);

    signal(SIGINT, sig_init);

    sigwait(&set, &sig);//sigwait只是从未决队列中删除该信号，并不改变信号掩码。也就是，当sigwait函数返回，它监听的信号依旧被阻塞。

    switch(sig){

    case 14:

        printf("sigwait, receive signal SIGALRM\n");

        /*do the job when catch the sigwait*/

        break;

    default:

        break;

    }

    sigdelset(&set, SIGALRM);

    pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &set, NULL);

    for(;;)

    {}

    return 0;

}

static void

sig_alrm(int signo)

{

    printf("after sigwait, catch SIGALRM\n");

    fflush(stdout);

    return ;

}

static void

sig_init(int signo)

{

    printf("catch SIGINT\n");

    return ;

}

运行命令：

第一个终端：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out

第二个终端：

huangcheng@ubuntu:~$ kill -2 2704

huangcheng@ubuntu:~$ kill -2 2704

huangcheng@ubuntu:~$ kill -2 2704

huangcheng@ubuntu:~$ kill -14 2704

huangcheng@ubuntu:~$ kill -14 2704

huangcheng@ubuntu:~$ kill -14 2704

huangcheng@ubuntu:~$ kill -14 2704

执行结果：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out

catch SIGINT

catch SIGINT

catch SIGINT

sigwait, receive signal SIGALRM

after sigwait, catch SIGALRM

after sigwait, catch SIGALRM

after sigwait, catch SIGALRM

结果说明：如果我们同时注册了信号处理函数，同时又用sigwait来等待这个信号，谁会取到信号？经过实验，Ubuntu 10.04上sigwait的优先级高。

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