面试题：C语言信号与多线程交互的深度探讨

Linux中信号在多线程程序中的行为特性

信号分配：
- 在多线程程序中，信号通常发送到进程，而不是特定线程。如果没有特殊设置，任何线程都可能接收到信号。但是，可以通过设置线程掩码（使用pthread_sigmask函数）来控制哪个线程可以接收信号。
- 某些信号（如SIGKILL和SIGSTOP）是不能被捕获或忽略的，并且会立即终止进程，与线程设置无关。
确保信号处理的正确性和线程安全：
- 信号处理函数应该是可重入的。这意味着信号处理函数在被调用时，不应该依赖于可能正在被其他线程修改的全局或静态数据结构，避免数据竞争。
- 使用线程特定数据（TSD，Thread - Specific Data）来确保每个线程有自己独立的数据副本，从而避免在信号处理时与其他线程的数据冲突。
- 可以通过阻塞信号（使用pthread_sigmask），在特定线程中安全地处理信号，防止信号在不合适的时候中断线程的关键操作。

POSIX线程信号函数

pthread_sigmask：
- 功能：用于设置线程的信号掩码，决定线程是否阻塞某些信号。
- 原型：int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
- 参数：
  - how：指定如何修改信号掩码，有SIG_BLOCK（阻塞信号集中的信号）、SIG_UNBLOCK（解除阻塞信号集中的信号）、SIG_SETMASK（将信号掩码设置为指定的信号集）。
  - set：指向要操作的信号集。
  - oldset：指向一个信号集，用于保存原来的信号掩码（可以为NULL）。
- 返回值：成功返回0，失败返回错误码。
pthread_kill：
- 功能：向指定线程发送信号。
- 原型：int pthread_kill(pthread_t thread, int sig);
- 参数：
  - thread：目标线程的ID。
  - sig：要发送的信号。
- 返回值：成功返回0，失败返回错误码。
sigwait：
- 功能：等待信号集里的信号到达，线程会阻塞直到有信号到达。
- 原型：int sigwait(const sigset_t *set, int *sig);
- 参数：
  - set：指向要等待的信号集。
  - sig：用于返回接收到的信号值。
- 返回值：成功返回0，失败返回错误码。

多线程中安全处理信号的示例代码

#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

// 信号处理函数
void *signal_handler(void *arg) {
    sigset_t *set = (sigset_t *)arg;
    int sig;
    while (1) {
        // 等待信号
        if (sigwait(set, &sig) != 0) {
            perror("sigwait");
            pthread_exit(NULL);
        }
        switch (sig) {
        case SIGINT:
            printf("Received SIGINT in signal handler thread\n");
            break;
        case SIGTERM:
            printf("Received SIGTERM in signal handler thread\n");
            pthread_exit(NULL);
        default:
            printf("Received unknown signal %d in signal handler thread\n", sig);
        }
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t signal_thread;
    sigset_t set;

    // 初始化信号集
    sigemptyset(&set);
    // 添加要处理的信号
    sigaddset(&set, SIGINT);
    sigaddset(&set, SIGTERM);

    // 阻塞主线程中的信号
    if (pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &set, NULL) != 0) {
        perror("pthread_sigmask");
        return 1;
    }

    // 创建信号处理线程
    if (pthread_create(&signal_thread, NULL, signal_handler, (void *)&set) != 0) {
        perror("pthread_create");
        return 1;
    }

    // 主线程继续执行其他任务
    while (1) {
        printf("Main thread is running...\n");
        sleep(1);
    }

    // 等待信号处理线程结束
    if (pthread_join(signal_thread, NULL) != 0) {
        perror("pthread_join");
        return 1;
    }

    return 0;
}

在这个示例中：

主线程阻塞了SIGINT和SIGTERM信号。
创建了一个专门的线程来处理这两个信号，使用sigwait等待信号到达并进行处理。这样可以确保信号处理的线程安全性，避免信号在主线程执行关键操作时打断主线程。

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知识考点

面试题答案

Linux中信号在多线程程序中的行为特性

POSIX线程信号函数

多线程中安全处理信号的示例代码