Linux 多線程信號投遞機制深度解析：信號究竟發給誰？

核心結論

• 進程內部產生的信號（raise()、硬件異常如 SIGSEGV、pthread_kill()）→ 發送給產生信號的那個線程。
• 進程外部產生的信號（終端 Ctrl+C/Ctrl+\, kill()、sigqueue()）→ 發送給主線程（或未屏蔽該信號的任意線程，內核選擇）。

實驗環境

OS: Fedora 11, Kernel 2.6.29, GCC 4.4.0
編譯: gcc -g -W -Wall -Wextra -o mytest main.c -lpthread

實驗一：終端產生信號 → 主線程

// 主線程註冊 SIGQUIT (Ctrl+\)
// 子線程註冊 SIGINT  (Ctrl+C)
// 兩線程均 pause() 等待
// 結果：無論按 Ctrl+C 還是 Ctrl+\,處理函數均在主線程執行（TID=主線程ID）

外部信號（終端發送給進程組）由內核投遞到主線程（或未屏蔽該信號的線程）。

實驗二：硬件異常信號 → 故障線程

// 主線程註冊 SIGSEGV 處理器
// 子線程循環 sleep(2) 並故意 *p = 'a' 觸發 SIGSEGV
// 結果：SIGSEGV 處理器在子線程執行

硬件異常（SIGSEGV、SIGFPE、SIGILL、SIGBUS）同步產生於故障指令所在線程，精確投遞給該線程。

實驗三：raise() 產生信號 → 調用線程

// 主線程註冊 SIGQUIT
// 子線程循環 raise(SIGQUIT)
// 結果：SIGQUIT 處理器在子線程執行

raise() 調用 pthread_kill(pthread_self(), sig)，精確投遞給調用線程。

內核機制原理

• 每個線程有獨立的信號屏蔽字 (pthread_sigmask) 和待處理信號集。
• 進程級待處理信號集（共享）+ 線程級待處理信號集（私有）。
• 外部信號 → 進程級集合 → 內核選擇一個未屏蔽該信號的線程投遞（通常優先主線程）。
• 同步信號（硬件異常、raise、pthread_kill）→ 直接放入目標線程私有集合，精確投遞。

工程最佳實踐

1. 主線程統一設置信號處理器，其他線程屏蔽所有異步信號（pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &set, NULL)）。
2. 專用信號處理線程：創建一個線程調用 sigwait() 同步等待信號，將異步信號轉為同步處理，避免信號處理函數的限制（只能調用 async-signal-safe 函數）。
3. sigaction 設置 SA_SIGINFO 獲取 siginfo_t，可知 si_pid/si_uid 判斷信號來源。
4. 避免在信號處理函數中使用鎖、分配內存、I/O 操作。

代碼模板：專用信號線程

void *signal_thread(void *arg) {
    sigset_t set;
    sigfillset(&set);
    pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &set, NULL); // 繼承屏蔽集
    for (;;) {
        int sig;
        sigwait(&set, &sig); // 同步等待
        handle_signal(sig);  // 安全上下文中處理
    }
    return NULL;
}

int main() {
    sigset_t set;
    sigfillset(&set);
    pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &set, NULL); // 主線程及後續線程繼承屏蔽
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, signal_thread, NULL);
    // 業務邏輯...
}