訊號屏蔽字在多線程環境下的應用

1. 訊號屏蔽字和sigprocmask函數

每個進程都有一個訊號屏蔽字（signal mask），它規定了當前要阻塞遞送到該進程的訊號集。對於每個可能的訊號，該屏蔽字中都有一位與之對應。

進程可以調用sigprocmask函數來擷取或設定這個訊號屏蔽字。

2. 訊號的產生、遞送、未決狀態

1）首先，當引發訊號的事件發生時，為進程產生（generation）一個訊號（或向進程發送一個訊號）。

註：事件可以是硬體異常（例如，除以0）、軟體條件（例如，alarm計時器逾時）、終端產生的訊號或調用kill函數。

2）在產生了訊號時，核心通常在進程表中設定一個某種形式的標誌。當對訊號採取這種動作時，我們說向進程遞送（delivery）了一個訊號。

3）在訊號產生和遞送之間的時間間隔內，稱訊號是未決（pending）的。

3.  阻塞訊號的未決狀態

如1中所說，可以調用sigprocmask函數對訊號進行阻塞。

如果為進程產生了一個選擇為阻塞的訊號，而且對該訊號的動作是預設動作或捕捉該訊號，則為該進程將此訊號保持為未決狀態。直到該進程（a）對此訊號解除了阻塞（同樣通過調用sigprocmask函數），或者（b）將對此訊號的動作更改為忽略。

進程可以調用sigpending函數來判斷哪些訊號是設定為阻塞並處於未決狀態的。

註：如果某個訊號在阻塞期間發生了多次。在大多數UNIX系統中，並不會對訊號遞送多次，而只會遞送一次。

總結上述知識：當一個被設定為阻塞的訊號發生時，如果進程對該訊號的動作是預設（SIG_DEF）或者捕捉（通過設定自訂處理函數）時，核心使得該訊號保持處於未決狀態，等待阻塞取消後遞送；如果進程對該訊號的動作是忽略，核心不會保留該訊號，直接忽略。

下面來看這種機制在多線程環境中的應用：

首先需要瞭解的是：在多線程環境中，每個線程都有自己的訊號屏蔽字，但是一個進程中的所有線程共用訊號的處理。

即：如果在一個線程中修改了對某個訊號的處理方式，相當於修改了進程中所有線程對該訊號的處理方式。

1. 線程對訊號的屏蔽

sigprocmask函數只能用於單線程環境，在多線程環境中與之對應的函數是——pthread_sigmask。該函數與sigprocmask函數用法基本相同。

2. sigwait函數

線程可以通過調用sigwait函數等待一個或多個訊號發生。該函數的第一個參數指定了等待的訊號集合，第二個參數作為傳回值，表明實際接收到的訊號。

如果第一個參數指定的訊號集中的某個訊號在sigwait調用的時候處於未決狀態，那麼sigwait將無阻塞地返回（立即返回）。

結合pthread_mask和sigwait函數，可以簡化多線程環境中訊號的處理：

為了防止某訊號中斷線程，可以

（1）將該訊號的處理方式設定為系統預設

（2）然後加到每個線程的訊號屏蔽字中（調用pthread_mask函數）

（3）安排專用線程，在該線程中調用sigwait函數等待該訊號，並在該線程中對該訊號進行處理（如果等待到的話）

如果進程中產生了某個訊號，由於在所有線程中都對該訊號進行了屏蔽，而且該訊號的處理方式為系統預設，因此該訊號將處於未決狀態。此時專用線程調用的sigwait檢測到該訊號，就會立即返回，表示等待到該訊號，進而進行相應的處理。

這種方法可用於實現守護進程對SIG_HUP訊號的捕捉。

在多線程環境中有一個問題：如果向一個進程遞送一個訊號，那麼該進程中的哪些線程會接收到這個訊號呢？

關於這個問題，《UNIX環境進階編程》一書中是這樣說的：進程中的訊號是遞送到單個線程的。如果訊號與硬體故障或計時器逾時相關，該訊號就被發送到引起該事件的線程中去，而其他的訊號則被發送到任意一個線程。

為了理解最後一句話，做了一個簡單的測試：

1）在main函數中fork一個子進程

2）在子進程中設定SIGUSR1的處理方式為捕捉，並自訂處理函數sig_usr1。處理函數的操作是列印捕捉到訊號的線程的線程ID和所在進程ID

3）在子進程中建立一個新的線程。新的線程與主線程共用sig_usr1

4）子進程的主線程和新線程中都調用pause函數等待訊號

5）父進程中，先睡眠3秒（給子進程設定訊號處理函數和建立新線程的時間），然後向子進程發送SIGUSR1

啟動並執行結果是：總是主線程接收到該訊號，而新線程不會接收到訊號。（不曉得是不是測試次數比較少的原因。。。）

對上述程式做一點修改：

1）在子進程的主線程中屏蔽SIGUSR1，然後不調用pause等待訊號，而是睡眠10秒

a）如果新線程不做修改，仍是調用pause等待訊號，那麼主線程和新線程都不會捕捉到訊號。子進程會隨著睡眠到時正常退出。

b）如果新線程不調用pause，而是調用sigwait函數等待SIGUSR1，那麼新線程會等待到函數。但是不會調用指定的訊號處理函數sig_usr1，而是繼續執行。所以當調用sigwait函數等待訊號時，需要在等待到之後重新編寫關於訊號的相應操作