OS信号处理循环：应采用阻塞还是非阻塞读模式？

我的应用程序设有一个OS信号处理线程processOSSignals，以避免阻塞programLoop()。该线程持续读取SIGINT、SIGTERM、SIGQUIT信号对应的文件描述符，收到信号时将初始值为true的loopOver设为false。

代码如下：

int mSigDesc = -1;

void init()
{
// creates file descriptor for reading SIGINT, SIGTERM, SIGQUIT
// blocks signals with sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, nullptr)
    ...
    mSigDesc = signalfd(mSigDesc, &mask, SFD_NONBLOCK); // OR 3rd param = 0?
}

void processOSSignals()
{
    while (loopOver)
    {
        struct signalfd_siginfo fdsi;

        auto readedBytes = read(mSigDesc, &fdsi, sizeof(fdsi));
        ...
    }
}

int main()
{
    init();
    std::thread ossThread(processOSSignals);
    programLoop();
    ossThread.join();
}

我的问题是：mSigDesc应设置为阻塞模式还是非阻塞（异步）模式？
非阻塞模式下，线程会反复读取并返回EAGAIN，始终处于忙碌状态，效率低下；阻塞模式下，线程会等待信号到来，若从未收到信号，ossThread将无法join。
应如何处理？是在非阻塞模式中加入sleep()定期尝试读取，还是在阻塞模式下用select()监听mSigDesc仅在有数据时读取？

推荐采用阻塞模式配合额外的终止通知机制，而非非阻塞加sleep或者单纯select，具体处理方式如下：

• 给信号处理线程增加一个额外的"终止通知"文件描述符（用pipe()创建一对管道）

  • 在初始化流程中创建管道，将读端纳入信号处理线程的监听集合
  • 当programLoop()结束需要退出时，往管道写端写入一个字节，唤醒阻塞中的信号处理线程

• 修改processOSSignals()逻辑，用select()同时监听信号fd和管道读端：

#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <algorithm>
#include <atomic>

std::atomic<bool> loopOver = true;
int mSigDesc = -1;

void processOSSignals(int pipeReadFd)
{
    fd_set readFds;
    while (loopOver)
    {
        FD_ZERO(&readFds);
        FD_SET(mSigDesc, &readFds);
        FD_SET(pipeReadFd, &readFds);
        int maxFd = std::max(mSigDesc, pipeReadFd);

        // 阻塞等待任一文件描述符就绪
        int ret = select(maxFd + 1, &readFds, nullptr, nullptr, nullptr);
        if (ret == -1)
        {
            // 处理select错误，若被信号打断则继续循环
            if (errno == EINTR) continue;
            break;
        }

        // 处理信号事件
        if (FD_ISSET(mSigDesc, &readFds))
        {
            struct signalfd_siginfo fdsi;
            ssize_t readedBytes = read(mSigDesc, &fdsi, sizeof(fdsi));
            if (readedBytes == sizeof(fdsi))
            {
                // 捕获到目标信号，终止循环
                loopOver = false;
            }
        }

        // 处理主动终止通知
        if (FD_ISSET(pipeReadFd, &readFds))
        {
            char dummy;
            read(pipeReadFd, &dummy, 1);
            loopOver = false;
        }
    }
}

• 调整main函数逻辑，加入管道的创建与通知：

int main()
{
    int pipeFds[2];
    if (pipe(pipeFds) == -1)
    {
        // 处理管道创建错误
        return 1;
    }

    init(); // 确保mSigDesc被正确初始化
    std::thread ossThread(processOSSignals, pipeFds[0]);

    programLoop();

    // 主动通知信号处理线程退出
    char dummy = '1';
    write(pipeFds[1], &dummy, 1);
    ossThread.join();

    // 关闭管道文件描述符
    close(pipeFds[0]);
    close(pipeFds[1]);
    return 0;
}

方案优势与其他思路对比 #

• 非阻塞加sleep：会引入信号响应延迟，sleep时间过短仍会占用不必要的CPU资源，过长则无法及时处理信号，体验不佳
• 单纯阻塞模式无通知：主程序正常结束时无法唤醒信号线程，导致join()永久阻塞，程序无法正常退出
• 管道通知+select监听：既保证无信号时线程休眠（不占用CPU），又能在主程序结束时主动唤醒线程，确保join()正常执行，同时信号响应无延迟

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Piotr G