如何确保子线程发出的信号被主线程处理？

Question

我的代码以多线程运行。同时，还有一个

signal_handler

函数处理外部

ctrl-c

信号。

我发现

signal_handler

函数在

raise

信号的线程上运行。

但我想在主线程上处理它，无论是谁

raise

。

这是一个演示代码：

#include <csignal>
#include <iostream>
#include <thread>

std::thread::id main_id;

void signal_handler(int sig) {
  // here always run in subthread, I want to make it run in main thread 
  std::thread::id this_id = std::this_thread::get_id();
  std::cout << this_id << " got signal\n";
  signal(sig, SIG_DFL);
  exit(sig);
}

void thread_fn() { 
  while (1) { 
    std::cout << "subthread " << std::this_thread::get_id() << " printing\n";
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
    raise(SIGINT);
  } 
}

int main() { 
  signal(SIGINT, signal_handler);
  std::thread t(&thread_fn);

  main_id = std::this_thread::get_id();
  while (1) { 
    std::cout << "main " << main_id << " printing\n";
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
  } 

  t.join();
}

你能帮忙吗？我非常小气，这意味着我不想创建单个线程来等待线程。

Answer 1

带有 pthreads 的 POSIX（Linux、FreeBSD、macOS 等）

从技术上讲，信号被传递到各个线程而不是进程本身。为了在另一个线程上调用信号处理程序，您需要使用

pthread_kill()

并提供应执行信号处理程序的线程的 id。

因此，如果我稍微修改一下您的代码以使用低级函数（因为

std::thread

周围没有基于

pthread_kill()

的包装器）：

#include <csignal>
#include <iostream>
#include <thread>

#include <pthread.h>

pthread_t main_thread_raw_id;

void signal_handler(int sig)
{
  // ... [see comments below]
}

void thread_fn() { 
  while (1) { 
    std::cout << "subthread " << std::this_thread::get_id() << " printing\n";
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
    pthread_kill(main_thread_raw_id, SIGINT);
  } 
}

int main() { 
  signal(SIGINT, signal_handler);
  std::thread t(&thread_fn);

  main_thread_raw_id = pthread_self();
  auto main_id = std::this_thread::get_id();
  while (1) { 
    std::cout << "main " << main_id << " printing\n";
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
  } 

  t.join();
}

然后主线程将收到信号。 （请注意，

std::this_thread::get_id()

和

pthread_self()

都被视为不透明，并且不能保证它们彼此相等，即使它们可能位于您的系统上。）

大家都说：

正如其他人指出的那样，在信号处理程序中使用

cout

并不安全，可能会导致各种问题。这适用于您可能使用的许多函数，从堆上分配的所有函数（通过

new

或

malloc()

）开始，一直到互斥锁等。即使

exit()

也不安全，只有

_exit()

是安全的，因为

 exit()

可以调用用

atexit()

注册的析构函数（以及 C++ 析构函数），而

_exit()

会跳过这些。

所有这些限制使得信号处理程序很难正确编写，大多数使用它们的人只是设置一个原子标志或类似的东西，这样很容易推断处理程序本身是安全的。

更进一步，除非是一些非常具体的信号，例如

SIGTSTP

在实践中不可行，否则 Linux 上的许多现代软件甚至不想使用信号处理程序，而是使用事件注册

signalfd()

循环。

Windows

在 Windows 上，你完全不走运：Microsoft 实现

signal()

只是因为 C 标准要求他们这样做 - 而且他们实现方式不同：

• SIGTERM

  /

  SIGILL

  永远不会生成
• 每当通过代码发出生成信号条件时，信号处理程序都会在该线程本身内执行。
• 当使用

  abort()

  或

  raise(signal)

  时，该线程将执行信号处理程序。
• 在控制台中按 Ctrl+C 调用

  SIGINT

  时，将在 Windows 上创建一个新线程来调用信号处理程序。

基本上，任何仅在 C 标准定义的范围内使用

signal()

的程序都可以与 Microsoft 的实现一起使用，但任何依赖于实际 POSIX 语义的程序都不会。 Windows 提供了大量其他与线程交互的机制（从 APC 到挂起和直接修改线程的执行状态），您可能可以以某种方式模拟行为，但 Windows 坚决不实现 POSIX 线程语义。

请参阅此问题中的评论了解更多详细信息。

结束语

您似乎想在这里使用信号作为某种线程同步机制。虽然这当然是可能的，并且在某些边缘情况下它甚至可能有用（例如，当涉及实时线程时），但我强烈建议不要为此目的使用信号处理程序。

您想要解决的实际问题是什么？