生成信号后 mq_receive() 不返回答案

【问题标题】：mq_receive() doesn't return after signal has been generated生成信号后 mq_receive() 不返回
【发布时间】：2020-05-20 13:51:18
【问题描述】：

我目前正在开发一个使用 POSIX 线程实现两个线程（主线程和通信线程）的嵌入式应用程序（在 linux 4.14 上运行）。

通信线程创建一个 POSIX 队列来处理来自主线程的命令请求（通过调用 mq_send()）。它还可以处理来自引发 SIGIO 信号的串行线路的传入数据。

这是一个示例代码

主线程：

pthread_t   com_thread;
mqd_t       cmd_queue;

void main (void) 
{
    struct mq_attr attr;

    init_serial();        // Does serial line init and set a sigaction() with SIGIO that store serial data

    // Create queue
    attr.mq_flags   =   0;
    attr.mq_maxmsg  =   100;
    attr.mq_msgsize =   sizeof(struct Dummy);
    attr.mq_curmsgs =   0;

    cmd_queue = mq_open(QUEUE_NAME,                         // Queue name
                        O_RDWR | O_CREAT,                   // Flags
                        S_IRWXU|S_IRWXG|S_IRWXO,            // Mode
                        &attr);                             // Attributes

    // Create thread
    pthread_create(&com_thread, NULL, com_fw_handler, NULL);

    while(1) 
    {
        // Do some stuff ...

        // Send command request
        mq_send(cmd_queue, (const char*)cmd_request, sizeof(struct Dummy), 0);
    }
}

Com 线程：

static void * com_fw_handler (void * ptr) 
{
    struct Dummy request_from_queue;
    sigset_t sig_set;
    int ret = 0;

    // Allow SIGIO signal
    sigemptyset(&sig_set);
    sigaddset(&sig_set, SIGIO);
    sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &sig_set, NULL);

    while(1) 
    {
        // Wait for a command request or SIGIO
        do 
        {
            ret = mq_receive(cmd_queue, (char*)request_from_queue, sizeof(request_from_queue), NULL);

            printf("mq_received() returned %d\n", ret);

            if(ret > 0)
            {
                // Handle command request
            }
        }while(ret > 0);

        // If mq_receive() exited because SIGIO has been raised
        if((ret < 0) && (errno == EINTR))
        {
            // Handle incoming data from serial
        }
    }
}

当我尝试使用 GDB 调试我的应用程序时，一切正常，每次系统从串行线路接收数据时都会退出 mq_received()。这是控制台输出示例：

mq_received() returned 64
mq_received() returned -1
mq_received() returned 64
mq_received() returned -1
......

64 是 Dummy 结构的大小，-1 是引发 SIGIO 时的返回值。

如果应用程序直接在系统上启动，则会引发 SIGIO（我可以在控制台上看到调试打印），但 mq_receive() 似乎永远不会退出。仅控制台输出：

mq_received() returned 64
mq_received() returned 64
.......

GDB 会话以以下“选项”开始：

handle all nostop pass noprint

我无法确定我观察到的行为是由于 GDB 信号处理还是比赛/计时问题或仅仅是开发人员问题！

我提供的示例代码有什么问题吗？

谢谢！

【问题讨论】：

如果您不使用pthread_sigmask 来控制哪个线程接收 SIGIO，您将遇到不可预知的行为。请注意，将 SIGIO 传递限制到它自己的线程会更好：即使您保证传递到 com_fw_worker 线程，您也可能会中断 mq_receive 以外的其他内容或完全错过信号。跨度>
那么，最好的做法是将 SIGIO 传递给控制串行线路的线程（实际上是主线程），然后用 SIGUSR1 向 com 线程发送信号？因此，该 SIGUSR1 将仅被 com 线程捕获。

标签： linux multithreading queue signals posix

【解决方案1】：

这里有两个不同的问题：在可预测的线程中处理 SIGIO，以及中断长调用或阻塞调用。

首先，您需要在除一个线程之外的所有线程中显式屏蔽 SIGIO。 POSIX 指定一个信号是"delivered to exactly one of those threads within the process which ... has not blocked delivery of the signal." 因此，实现可以选择哪个线程接收 SIGIO，并且不需要每次生成 SIGIO 时都选择同一个线程。如果只有一个线程能够接收信号，则该线程将得到它。

您可以使用pthread_sigmask(...) 执行此操作。（不要在多线程程序中使用sigprocmask，因为它的行为是unspecified。）

其次，你想可靠地中断mq_receive。这是无法做到的，并且是经典的信号处理竞赛：

while (1) {
  ....                // < - SIGIO here or prior.  What happens?
  r = mq_receive(...)
  ....                // < - SIGIO here or later.  What happens?
}

您可以通过选择性地为阻塞调用取消屏蔽 SIGIO 来最小化此窗口，并可能检查您在处理程序中设置的标志，但您无法使用上述方法消除它。

现在，对于您的程序来说，这场比赛可能没问题：特别是如果您对 mq_receive 应用超时并在信号处理程序中抛出一个标志，您将“最终”注意到 SIGIO这对你来说可能已经足够了。

如果没有，您将需要探索其他选项。 Linux implements its mqd_t as a file descriptor，虽然spec 不要求，但已明确允许。这样一来，您的问题就变成了混合信号和 I/O，这可以小心完成（如 pselect 或 self-pipe）。 mq_notify 是另一种方法。事实上，你甚至可以mq_send 一条特别的消息，上面写着“我看到了一个 SIGIO——对它做点什么”。等等。

【讨论】：