如何在Python非主线程中设置F_NOTIFY？Linux目录监听问题

我在Linux（Ubuntu 16，Python 3.5.2）中尝试用F_NOTIFY监听目录，发现只有主线程调用fcntl时能正常触发信号，非主线程调用则完全没有信号产生。同时有两个疑问：

• Python的fcntl文档里完全没提到线程相关的限制，为什么会出现这种情况？
• 如果fcntl执行失败，为什么没有抛出异常？

测试代码如下：

# 运行前先创建目录"a"。测试时在"a"目录下创建文件即可。

import fcntl, signal, os, threading

pipe_r, pipe_w = os.pipe()
def Unsafe_Handler(s,f):
    os.write(pipe_w, b' ')
signal.signal(signal.SIGIO, Unsafe_Handler)
signal.siginterrupt(signal.SIGIO, False)
def Handler():
    while True:
        os.read(pipe_r, 1)
        print("收到信号")
threading.Thread(target = Handler).start()

NOTIF_FLAGS = fcntl.DN_MODIFY | fcntl.DN_CREATE | fcntl.DN_MULTISHOT

def Watch_Dir(dn):
    fd = os.open(dn, os.O_RDONLY)
    fcntl.fcntl(fd, fcntl.F_SETSIG, 0)
    fcntl.fcntl(fd, fcntl.F_NOTIFY, NOTIF_FLAGS)
    print('正在监听目录 "%s", 文件描述符fd=%d' % (dn, fd))
    return fd

def Init():
    fd = Watch_Dir('a')


# 这段代码可以正常工作
#Init()

# 这段代码无法正常工作
t = threading.Thread(target = Init)
t.start()
t.join()


print("等待信号中...")
while True:
    signal.pause()

Python中信号处理为何需要线程 #

Handler线程是必需的，原因如下：

• 通过signal.signal绑定的信号处理器仅能安全地执行向管道写入这类操作（避免信号处理时的线程安全问题）。
• 主线程无法承担实际业务工作，原因有两点：
  1. 主线程中多数阻塞调用会阻碍信号的处理逻辑；
  2. 若仅依赖signal.pause()等待信号，存在信号恰好到达signal.pause()调用之前的竞态条件，可能导致主线程卡死。

为何在非主线程调用fcntl很有用 #

这主要是因为如前所述，主线程无法执行实际工作。（实际应用中我的业务处理器需要调用fcntl，因此编写了这个简化示例。）

问题解答 #

1. 非主线程调用fcntl无信号的核心原因 #

Linux的F_NOTIFY机制依赖内核向目标发送SIGIO信号，而信号的投递目标由文件描述符的所有者决定：

• 当在子线程中打开文件描述符并设置F_NOTIFY时，默认情况下该fd的所有者是当前子线程的ID，而非整个进程ID；
• 子线程执行完Init()后就会退出，此时内核发送的SIGIO信号没有对应的接收线程，自然会被丢弃，无法触发信号处理器。
• 而主线程调用时，fd的所有者是主线程ID，信号能被正常接收并处理。

解决方法是在设置F_NOTIFY前，主动将fd的所有者设置为进程ID，让内核把信号发送给整个进程（最终由主线程处理）：

def Watch_Dir(dn):
    fd = os.open(dn, os.O_RDONLY)
    # 设置fd的所有者为当前进程ID
    fcntl.fcntl(fd, fcntl.F_SETOWN, os.getpid())
    fcntl.fcntl(fd, fcntl.F_SETSIG, 0)
    fcntl.fcntl(fd, fcntl.F_NOTIFY, NOTIF_FLAGS)
    print('正在监听目录 "%s", 文件描述符fd=%d' % (dn, fd))
    return fd

2. 为何fcntl未抛出异常 #

你的代码中fcntl调用实际上是执行成功的——只是信号投递目标错误导致没有触发信号，而非系统调用失败。Python的fcntl模块会在系统调用返回错误时自动抛出OSError异常，如果没有异常，说明所有fcntl操作都完成了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者personal_cloud