线程控制之线程和信号

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。

进程中的信号是递送到单个线程的。如果信号与硬件故障或计时器超时相关，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。

http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3515257.html中讨论了进程如何使用sigprocmask来阻止信号发送。sigpromask的行为在多线程的进程中并没有定义，线程必须使用pthread_sigmask。

#include <signal.h>
int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *restrict set, sigset_t *restrict oset);
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。

#include <signal.h>
int sigwait(const sigset_t *restrict set, int *restrict 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，表明信号编号。

如果信号集中的某个信号在sigwait调用的时候处于未决状态，那么sigwait将无阻塞地返回，在返回之前，sigwait将从进程中移除那些处于未决状态的信号。为了避免错误动作发生，线程在调用sigwait之前，必须阻塞那些它正在等待的信号。sigwait函数会自动取消信号集的阻塞状态，直到有新的信号被递送。在返回之前，sigwait将恢复线程的信号屏蔽字。如果信号在sigwait调用的时候没有被阻塞，在完成对sigwait调用之前会出现一个时间窗，在这个时间窗口期，某个信号可能在完成sigwait调用之前就被递送了。

使用sigwait的好处在于它可以简化信号处理，允许把异步产生的信号用同步的方式处理。为了防止信号中断线程，可以把信号加到每个线程的信号屏蔽字中，然后安排专用线程作信号处理。这些专用线程可以进行函数调用，不需要担心在信号处理程序中调用哪些函数是安全的，因为这些函数调用来自正常的线程环境，而非传统的信号处理程序，传统信号处理程序通常会中断线程的正常执行。

如果多个线程在sigwait调用时，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函数），而且线程正在sigwait调用中等待同一个信号，那么这时将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，但不可能出现两者皆可的情况。

要把信号发送到进程，可以调用kill（见http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3514817.html）；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

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该进程，那么把信号传递给某个线程仍然会杀掉整个进程。

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互不干扰（或互不合作）地使用闹钟定时器。

实例

回忆程序清单10-16（http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3516427.html），等待信号处理程序设置标志，从而表明主程序应该退出。唯一可运行的控制线程就是主线程和信号处理程序，所以阻塞信号足以避免错失标志修改。在线程中，需要使用互斥量来保护标志，如程序清单12-6所示。

程序清单12-6 同步信号处理

#include "apue.h"
#include <pthread.h>

int        quitflag;    /* set nonzero by thread */
sigset_t    mask;

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t    wait = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void *
thr_fn(void *arg)
{
    int err, signo;
    
    for(; ;)
    {
        err = sigwait(&mask, &signo);
        if(err != 0)
            err_exit(err, "sigwait failed");
        switch(signo)
        {
            case SIGINT:
                printf("\ninterrupt\n");
                break;
        
            case SIGQUIT:
                pthread_mutex_lock(&lock);
                quitflag = 1;
                pthread_mutex_unlock(&lock);
                pthread_cond_signal(&wait);
                return(0);

            default:
                printf("unexpected signal %d\n", signo);
                exit(1);        
        }
    }
}

int 
main(void)
{
    int        err;
    sigset_t    oldmask;
    pthread_t    tid;

    sigemptyset(&mask);
    sigaddset(&mask, SIGINT);
    sigaddset(&mask, SIGQUIT);
    
    if((err = pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &mask, &oldmask)) != 0)
        err_exit(err, "SIG_BLOCK error");
    
    err = pthread_create(&tid, NULL, thr_fn, 0);
    if(err != 0)
        err_exit(err, "can't create thread");

    pthread_mutex_lock(&lock);
    while(quitflag == 0)
        pthread_cond_wait(&wait, &lock);
    pthread_mutex_unlock(&lock);

    /* SIGQUIT has been caught and is now blocked; do whatever */
    quitflag = 0;
    
    /* reset signal mask which unblocks SIGQUIT */
    if(sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
        err_sys("SIG_SETMASK error");
    exit(0);
}

这里并不让信号处理程序中断主控线程，而是由专门的独立控制线程进行信号处理。改动quitflag的值是在互斥量的保护下进行的，这样主控线程不会在调用pthread_cond_signal时错失唤醒调用。在主控线程中使用相同的互斥量来检查标志的值，并且原子地释放互斥量，等待条件的发生。

注意在主线程开始时阻塞SIGINT和SIGQUIT。当创建线程进行信号处理时，新建线程继承了现有的信号屏蔽字。因为sigwait会解除信号的阻塞状态，所以只有一个线程可以用于信号的接收。这使得对主线程进行编码时不必担心来自这些信号的中断。

运行这个程序可以得到与程序10-16类似的输出结果：

interrupt        键入中断字符
interrupt        再次键入中断字符
interrupt        再一次
                    用结束字符终止

本篇博文内容摘自《UNIX环境高级编程》（第二版），仅作个人学习记录所用。关于本书可参考：http://www.apuebook.com/。