Linux下C語言編程--信號處理函數

前言:這一章我們討論一下Linux下的信號處理函數.
     Linux下的信號處理函數:
1.信號的產生
2.信號的處理
3.其它信號函數
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一個實例
1。信號的產生
    Linux下的信號可以類比於DOS下的INT或者是Windows下的事件.在有一個信號發生時候相信的信號就會發送給相應的進程.在Linux下的信號有以下幾個. 我們使用 kill -l 命令可以得到以下的輸出結果:

1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL
5) SIGTRAP 6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE
9) SIGKILL 10) SIGUSR1 11) SIGSEGV 12) SIGUSR2
13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM 17) SIGCHLD
18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP 21) SIGTTIN
22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO
30) SIGPWR

關於這些信號的詳細解釋請查看man 7 signal的輸出結果. 信號事件的發生有兩個來源:一個是硬件的原因(比如我們按下了鍵盤),一個是軟件的原因(比如我們使用系統函數或者是命令發出信號). 最常用的四個發出信號的系統函數是kill, raise, alarm和setitimer函數. setitimer函數我們在計時器的使用那一章再學習.
#include
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        #include

int kill(pid_t pid,int sig);
int raise(int sig);
unisigned int alarm(unsigned int seconds);

kill系統調用負責向進程發送信號sig.
如果pid是正數,那麼向信號sig被髮送到進程pid.
如果pid等於0,那麼信號sig被髮送到所以和pid進程在同一個進程組的進程
如果pid等於-1,那麼信號發給所有的進程表中的進程,除了最大的哪個進程號.
如果pid由於-1,和0一樣,只是發送進程組是-pid.
我們用最多的是第一個情況.還記得我們在守護進程那一節的例子嗎?我們那個時候用這個函數殺死了父進程守護進程的創建
raise系統調用向自己發送一個sig信號.我們可以用上面那個函數來實現這個功能的.
alarm函數和時間有點關係了,這個函數可以在seconds秒後向自己發送一個SIGALRM信號. 下面這個函數會有什麼結果呢?

#include

main()
{
unsigned int i;
alarm(1);
for(i=0;1;i++)
printf("I=%d",i);
}
SIGALRM的缺省操作是結束進程,所以程序在1秒之後結束,你可以看看你的最後I值爲多少,來比較一下大家的系統性能差異(我的是2232).

2。信號操作     有時候我們希望進程正確的執行,而不想進程受到信號的影響,比如我們希望上面那個程序在1秒鐘之後不結束.這個時候我們就要進行信號的操作了.
信號操作最常用的方法是信號屏蔽.信號屏蔽要用到下面的幾個函數.

#include

int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set,int signo);
int sigdelset(sigset_t *set,int signo);
int sigismember(sigset_t *set,int signo);
int sigprocmask(int how,const sigset_t *set,sigset_t *oset);

sigemptyset函數初始化信號集合set,將set設置爲空.sigfillset也初始化信號集合,只是將信號集合設置爲所有信號的集合.sigaddset將信號signo加入到信號集合之中,sigdelset將信號從信號集合中刪除.sigismember查詢信號是否在信號集合之中.
sigprocmask是最爲關鍵的一個函數.在使用之前要先設置好信號集合set.這個函數的作用是將指定的信號集合set加入到進程的信號阻塞集合之中去,如果提供了oset那麼當前的進程信號阻塞集合將會保存在oset裏面.參數how決定函數的操作方式.
SIG_BLOCK:增加一個信號集合到當前進程的阻塞集合之中.
SIG_UNBLOCK:從當前的阻塞集合之中刪除一個信號集合.
SIG_SETMASK:將當前的信號集合設置爲信號阻塞集合.
以一個實例來解釋使用這幾個函數.

#include
#include
#include
#include

int main(int argc,char **argv)
{
double y;
sigset_t intmask;
int i,repeat_factor;

if(argc!=2)
  {
fprintf(stderr,"Usage:%s repeat_factor/n/a",argv[0]);
exit(1);
  }

if((repeat_factor=atoi(argv[1]))<1)repeat_factor=10;
sigemptyset(&intmask);   /* 將信號集合設置爲空  */
sigaddset(&intmask,SIGINT); /* 加入中斷 Ctrl+C 信號*/
while(1)
  {
/*阻塞信號,我們不希望保存原來的集合所以參數爲NULL*/
sigprocmask(SIG_BLOCK,&intmask,NULL);
fprintf(stderr,"SIGINT signal blocked/n");
for(i=0;i
fprintf(stderr,"Blocked calculation is finished/n");
/* 取消阻塞 */
sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&intmask,NULL);
fprintf(stderr,"SIGINT signal unblocked/n");
for(i=0;i
        fprintf(stderr,"Unblocked calculation is finished/n");
  }
exit(0);
}

程序在運行的時候我們要使用Ctrl+C來結束.如果我們在第一計算的時候發出SIGINT信號,由於信號已經屏蔽了,所以程序沒有反映.只有到信號被取消阻塞的時候程序纔會結束. 注意我們只要發出一次SIGINT信號就可以了,因爲信號屏蔽只是將信號加入到信號阻塞集合之中,並沒有丟棄這個信號.一旦信號屏蔽取消了,這個信號就會發生作用.
有時候我們希望對信號作出及時的反映的,比如當擁護按下Ctrl+C時,我們不想什麼事情也不做,我們想告訴用戶你的這個操作不好,請不要重試,而不是什麼反映也沒有的. 這個時候我們要用到sigaction函數.
#include

   int sigaction(int signo,const struct sigaction *act,
struct sigaction *oact);

struct sigaction {
void (*sa_handler)(int signo);
void (*sa_sigaction)(int siginfo_t *info,void *act);
sigset_t sa_mask;
int  sa_flags;
void (*sa_restore)(void);
        }

這個函數和結構看起來是不是有點恐怖呢.不要被這個嚇着了,其實這個函數的使用相當簡單的.我們先解釋一下各個參數的含義. signo很簡單就是我們要處理的信號了,可以是任何的合法的信號.有兩個信號不能夠使用(SIGKILL和SIGSTOP). act包含我們要對這個信號進行如何處理的信息.oact更簡單了就是以前對這個函數的處理信息了,主要用來保存信息的,一般用NULL就OK了.
信號結構有點複雜.不要緊我們慢慢的學習.
sa_handler是一個函數型指針,這個指針指向一個函數,這個函數有一個參數.這個函數就是我們要進行的信號操作的函數. sa_sigaction,sa_restore和sa_handler差不多的,只是參數不同罷了.這兩個元素我們很少使用,就不管了.
sa_flags用來設置信號操作的各個情況.一般設置爲0好了.sa_mask我們已經學習過了
在使用的時候我們用sa_handler指向我們的一個信號操作函數,就可以了.sa_handler有兩個特殊的值:SIG_DEL和SIG_IGN.SIG_DEL是使用缺省的信號操作函數,而SIG_IGN是使用忽略該信號的操作函數.
這個函數複雜,我們使用一個實例來說明.下面這個函數可以捕捉用戶的CTRL+C信號.並輸出一個提示語句.

#include
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#include
#include

#define PROMPT "你想終止程序嗎?"

char *prompt=PROMPT;

void ctrl_c_op(int signo)
{
write(STDERR_FILENO,prompt,strlen(prompt));
}

int  main()
{
struct sigaction act;

act.sa_handler=ctrl_c_op;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags=0;
if(sigaction(SIGINT,&act,NULL)<0)
  {
    fprintf(stderr,"Install Signal Action Error:%s/n/a",strerror(errno));
    exit(1);
  }
  while(1);
}

在上面程序的信號操作函數之中,我們使用了write函數而沒有使用fprintf函數.是因爲我們要考慮到下面這種情況.如果我們在信號操作的時候又有一個信號發生,那麼程序該如何運行呢? 爲了處理在信號處理函數運行的時候信號的發生,我們需要設置sa_mask成員. 我們將我們要屏蔽的信號添加到sa_mask結構當中去,這樣這些函數在信號處理的時候就會被屏蔽掉的.
3。其它信號函數     由於信號的操作和處理比較複雜,我們再介紹幾個信號操作函數.

#include
#include

int pause(void);
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);

pause函數很簡單,就是掛起進程直到一個信號發生了.而sigsuspend也是掛起進程只是在調用的時候用sigmask取代當前的信號阻塞集合.
#include

int sigsetjmp(sigjmp_buf env,int val);
void siglongjmp(sigjmp_buf env,int val);

還記得goto函數或者是setjmp和longjmp函數嗎.這兩個信號跳轉函數也可以實現程序的跳轉讓我們可以從函數之中跳轉到我們需要的地方.
由於上面幾個函數,我們很少遇到,所以只是說明了一下,詳細情況請查看聯機幫助.
4。一個實例     還記得我們在守護進程創建的哪個程序嗎?守護進程在這裏我們把那個程序加強一下. 下面這個程序會在也可以檢查用戶的郵件.不過提供了一個開關,如果用戶不想程序提示有新的郵件到來,可以向程序發送SIGUSR2信號,如果想程序提供提示可以發送SIGUSR1信號.

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#include

#include
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/*  Linux  的默任個人的郵箱地址是 /var/spool/mail/ */

#define  MAIL_DIR   "/var/spool/mail/"

/*      睡眠10秒鐘      */

#define  SLEEP_TIME     10
#define  MAX_FILENAME 255

unsigned char notifyflag=1;

long get_file_size(const char *filename)
{
  struct stat buf;

  if(stat(filename,&;buf)==-1)
   {
if(errno==ENOENT)return 0;
else return -1;
   }
  return (long)buf.st_size;
}

void send_mail_notify(void)
{
  fprintf(stderr,"New mail has arrived/007/n");
}

void turn_on_notify(int signo)
{
notifyflag=1;
}

void turn_off_notify(int signo)
{
notifyflag=0;
}

int check_mail(const char *filename)
{
  long old_mail_size,new_mail_size;
  sigset_t blockset,emptyset;

  sigemptyset(&;blockset);
  sigemptyset(&;emptyset);
  sigaddset(&;blockset,SIGUSR1);
  sigaddset(&;blockset,SIGUSR2);

  old_mail_size=get_file_size(filename);
  if(old_mail_size<0)return 1;
  if(old_mail_size>0) send_mail_notify();
  sleep(SLEEP_TIME);

  while(1)
  {
if(sigprocmask(SIG_BLOCK,&;blockset,NULL)<0) return 1;
while(notifyflag==0)sigsuspend(&;emptyset);
if(sigprocmask(SIG_SETMASK,&;emptyset,NULL)<0) return 1;
new_mail_size=get_file_size(filename);
if(new_mail_size>old_mail_size)send_mail_notify;
old_mail_size=new_mail_size;
sleep(SLEEP_TIME);
  }
}

int main(void)
{
  char mailfile[MAX_FILENAME];
  struct sigaction newact;
  struct passwd *pw;

  if((pw=getpwuid(getuid()))==NULL)
   {
fprintf(stderr,"Get Login Name Error:%s/n/a",strerror(errno));
exit(1);
   }
  strcpy(mailfile,MAIL_DIR);
  strcat(mailfile,pw->pw_name);
  newact.sa_handler=turn_on_notify;
  newact.sa_flags=0;
  sigemptyset(&;newact.sa_mask);
  sigaddset(&;newact.sa_mask,SIGUSR1);
  sigaddset(&;newact.sa_mask,SIGUSR2);
  if(sigaction(SIGUSR1,&;newact,NULL)<0)
   fprintf(stderr,"Turn On Error:%s/n/a",strerror(errno));
  newact.sa_handler=turn_off_notify;
  if(sigaction(SIGUSR1,&;newact,NULL)<0)
fprintf(stderr,"Turn Off Error:%s/n/a",strerror(errno));
  check_mail(mailfile);
  exit(0);
}

信號操作是一件非常複雜的事情,比我們想象之中的複雜程度還要複雜,如果你想徹底的弄清楚信號操作的各個問題,那麼除了大量的練習以外還要多看聯機手冊.不過如果我們只是一般的使用的話,有了上面的幾個函數也就差不多了. 我們就介紹到這裏了.

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1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL
5) SIGTRAP 6) SIGABRT 7) SIGEMT 8) SIGFPE
9) SIGKILL 10) SIGBUS 11) SIGSEGV 12) SIGSYS
13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM 16) SIGUSR1
17) SIGUSR2 18) SIGCHLD 19) SIGPWR 20) SIGWINCH
21) SIGURG 22) SIGIO 23) SIGSTOP 24) SIGTSTP
25) SIGCONT 26) SIGTTIN 27) SIGTTOU 28) SIGVTALRM
29) SIGPROF 30) SIGXCPU 31) SIGXFSZ 32) SIGWAITING
33) SIGLWP 34) SIGFREEZE 35) SIGTHAW 36) SIGCANCEL
37) SIGLOST 39) SIGRTMIN 40) SIGRTMIN+1 41) SIGRTMIN+2
42) SIGRTMIN+3 43) SIGRTMAX-3 44) SIGRTMAX-2 45) SIGRTMAX-1
46) SIGRTMAX
下面是一些信號說明
1) SIGHUP
本信號在用戶終端連接(正常或非正常)結束時發出, 通常是在終端的控制進程結束時, 通知同一session內的各個作業, 這時它們與控制終端不再關聯。
登錄Linux時，系統會分配給登錄用戶一個終端(Session)。在這個終端運行的所有程序，包括前臺進程組和後臺進程組，一般都屬於這個 Session。當用戶退出Linux登錄時，前臺進程組和後臺有對終端輸出的進程將會收到SIGHUP信號。這個信號的默認操作爲終止進程，因此前臺進程組和後臺有終端輸出的進程就會中止。不過可以捕獲這個信號，比如wget能捕獲SIGHUP信號，並忽略它，這樣就算退出了Linux登錄， wget也能繼續下載。
此外，對於與終端脫離關係的守護進程，這個信號用於通知它重新讀取配置文件。
2) SIGINT
程序終止(interrupt)信號, 在用戶鍵入INTR字符(通常是Ctrl-C)時發出，用於通知前臺進程組終止進程。
3) SIGQUIT
和SIGINT類似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-/)來控制. 進程在因收到SIGQUIT退出時會產生core文件, 在這個意義上類似於一個程序錯誤信號。
4) SIGILL
執行了非法指令. 通常是因爲可執行文件本身出現錯誤, 或者試圖執行數據段. 堆棧溢出時也有可能產生這個信號。
5) SIGTRAP
由斷點指令或其它trap指令產生. 由debugger使用。
6) SIGABRT
調用abort函數生成的信號。
7) SIGBUS
非法地址, 包括內存地址對齊(alignment)出錯。比如訪問一個四個字長的整數, 但其地址不是4的倍數。它與SIGSEGV的區別在於後者是由於對合法存儲地址的非法訪問觸發的(如訪問不屬於自己存儲空間或只讀存儲空間)。
8) SIGFPE
在發生致命的算術運算錯誤時發出. 不僅包括浮點運算錯誤, 還包括溢出及除數爲0等其它所有的算術的錯誤。
9) SIGKILL
用來立即結束程序的運行. 本信號不能被阻塞、處理和忽略。如果管理員發現某個進程終止不了，可嘗試發送這個信號。
10) SIGUSR1
留給用戶使用
11) SIGSEGV
試圖訪問未分配給自己的內存, 或試圖往沒有寫權限的內存地址寫數據.
12) SIGUSR2
留給用戶使用
13) SIGPIPE
管道破裂。這個信號通常在進程間通信產生，比如採用FIFO(管道)通信的兩個進程，讀管道沒打開或者意外終止就往管道寫，寫進程會收到SIGPIPE信號。此外用Socket通信的兩個進程，寫進程在寫Socket的時候，讀進程已經終止。
14) SIGALRM
時鐘定時信號, 計算的是實際的時間或時鐘時間. alarm函數使用該信號.
15) SIGTERM
程序結束(terminate)信號, 與SIGKILL不同的是該信號可以被阻塞和處理。通常用來要求程序自己正常退出，shell命令kill缺省產生這個信號。如果進程終止不了，我們纔會嘗試SIGKILL。
17) SIGCHLD
子進程結束時, 父進程會收到這個信號。
如果父進程沒有處理這個信號，也沒有等待(wait)子進程，子進程雖然終止，但是還會在內核進程表中佔有表項，這時的子進程稱爲殭屍進程。這種情況我們應該避免(父進程或者忽略SIGCHILD信號，或者捕捉它，或者wait它派生的子進程，或者父進程先終止，這時子進程的終止自動由init進程來接管)。
18) SIGCONT
讓一個停止(stopped)的進程繼續執行. 本信號不能被阻塞. 可以用一個handler來讓程序在由stopped狀態變爲繼續執行時完成特定的工作. 例如, 重新顯示提示符
19) SIGSTOP
停止(stopped)進程的執行. 注意它和terminate以及interrupt的區別:該進程還未結束, 只是暫停執行. 本信號不能被阻塞, 處理或忽略.
20) SIGTSTP
停止進程的運行, 但該信號可以被處理和忽略. 用戶鍵入SUSP字符時(通常是Ctrl-Z)發出這個信號
21) SIGTTIN
當後臺作業要從用戶終端讀數據時, 該作業中的所有進程會收到SIGTTIN信號. 缺省時這些進程會停止執行.
22) SIGTTOU
類似於SIGTTIN, 但在寫終端(或修改終端模式)時收到.
23) SIGURG
有”緊急”數據或out-of-band數據到達socket時產生.
24) SIGXCPU
超過CPU時間資源限制. 這個限制可以由getrlimit/setrlimit來讀取/改變。
25) SIGXFSZ
當進程企圖擴大文件以至於超過文件大小資源限制。
26) SIGVTALRM
虛擬時鐘信號. 類似於SIGALRM, 但是計算的是該進程佔用的CPU時間.
27) SIGPROF
類似於SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括該進程用的CPU時間以及系統調用的時間.
28) SIGWINCH
窗口大小改變時發出.
29) SIGIO
文件描述符準備就緒, 可以開始進行輸入/輸出操作.
30) SIGPWR
Power failure
31) SIGSYS
非法的系統調用。
在以上列出的信號中，程序不可捕獲、阻塞或忽略的信號有：SIGKILL,SIGSTOP
不能恢復至默認動作的信號有：SIGILL,SIGTRAP
默認會導致進程流產的信號有：SIGABRT,SIGBUS,SIGFPE,SIGILL,SIGIOT,SIGQUIT,SIGSEGV,SIGTRAP,SIGXCPU,SIGXFSZ
默認會導致進程退出的信號有：SIGALRM,SIGHUP,SIGINT,SIGKILL,SIGPIPE,SIGPOLL,SIGPROF,SIGSYS,SIGTERM,SIGUSR1,SIGUSR2,SIGVTALRM
默認會導致進程停止的信號有：SIGSTOP,SIGTSTP,SIGTTIN,SIGTTOU
默認進程忽略的信號有：SIGCHLD,SIGPWR,SIGURG,SIGWINCH
此外，SIGIO在SVR4是退出，在4.3BSD中是忽略；SIGCONT在進程掛起時是繼續，否則是忽略，不能被阻塞。
大部分的信號都能中斷socket程序.