APUE學習筆記第十章信號

第十章信號

信號是軟件中斷，它提供了一種處理異步事件的方法。本章對信號機制進行綜述，並說明每種信號的一般用法。

1、信號概念

每個信號都有一個名字，這些名字都以3個字符SIG開頭。在頭文件<signal.h>中，信號名都被定義爲正整形常量。

1.1 產生信號的條件：

（1）當用戶按某寫終端按鍵時，引發終端產生的信號。如：Ctrl+C產生SIGINT信號。

（2）硬件異常產生信號。如除零錯，無效的內存應用產生SIGSEGV信號。

（3）進程調用kill函數可將任一信號發送給另一個進程或進程組。

（4）用戶可用kill命令將信號發送給其他進程。

（5）當檢測到某種軟件條件已經發生，並應將其通知有關進程時也產生信號。如SIGPIPE在管道的讀進程已終止後，一個進程寫此管道。

1.2 在某個信號出現時，可以按下列3種方式之一進行處理：

（1）忽略該信號。大多數信號都可以使用這種方式進行處理，但有兩種信號卻決不能被忽略：SIGKILL和SIGSTOP（只能執行系統默認動作）。

（2）捕獲信號。通知內核在某信號發生時，調用一個用戶函數對這種時間進行處理。

（3）執行系統默認動作。對於大多數信號的系統默認動作是終止該進程。

2、信號類型

程序錯誤類信號：默認動作使進程流產，產生core文件。

SIGABRT：   調用abort函數生成的信號。
SIGFPE：      浮點計算錯誤。
SIGILL：      非法指令錯誤。
SIGBUS/SIGSEGV： 硬件錯誤-非法地址訪問。
SIGEMT：    硬件錯誤
SIGSYS:       非法系統調用。
SIGTRAP：   硬件錯誤（通常爲斷點指令）。

程序終止類信號：默認動作使進程終止，我們通常要處理這類信號，做一些清理工作，句柄函數應在結束時爲此信號指定默認動作，然後再次生成該信號，使得程序終止。

SIGHUP：終端斷開連接時，生成此信號給控制進程。
SIGINT：Ctrl-C或Delete按下時，由終端驅動生成，併發送給前臺進程組中的所有進程。
SIGKILL：使程序立即終止，不能被捕獲或忽略，也不能被阻塞。
SIGQUIT：Ctrl-\,如SIGINT，並且產生core。
SIGTERM：該信號使程序終止，但是可以阻塞、捕獲、忽略。

鬧鐘類信號：通知定時器到期，默認動作是終止程序，但通常會設置句柄。

SIGALRM：alarm/setitimer函數設置定時到期後，會產生此信號。
SIGPROF：
SIGVTALRM：

I/O類信號：通知進程在描述字上發生了感興趣事件，支持信號驅動IO。

SIGIO： fd準備執行輸入輸出時發送此信號。
SIGPOLL：異步I/O信號。
SIGURG：網絡收到帶外數據時可選擇生成此信號。

作業控制類信號：

SIGCHLD：   進程終止或停止時會向其父進程發送該信號，默認動作爲忽略。
SIGCONT:     使停止的進程恢復運行。
SIGSTOP:      停止進程。
SIGTSTP/SIGTTIN/SIGTTOU:

操作錯誤類信號：默認動作終止程序。

SIGPIPE：    管道破裂。
SIGXCPU/SIGXFSZ：

3、函數signal

UNIX系統信號機制最簡單的接口是signal函數，不過最好使用sigaction代替該函數。

#include <signal.h>
void (*signal(int signo,void (*func)(int)))(int);
//返回值：若成功，返回以前的信號處理配置；若出錯，返回SIG_ERR。
//可以使用typedef使其變得簡單一點
typedef void Sigfunc(int);
Sigfunc *signal(int,Sigfunc *);

第一個參數指定要捕獲的信號（整形常量），第二個參數指定針對前面信號值的處理handler可以是SIG_IGN（忽略該信號）、SIG_DFL（系統默認動作）或者是接到此信號後要調用的函數地址。我們稱這種處理爲捕捉該信號，稱此函數爲信號處理程序或信號捕捉函數，第二個參數是一個函數指針（處理函數），該函數指針指向的函數返回值是void，參數是int。

下面給出一個簡單得信號處理程序：

#include "apue.h"

static void    sig_usr(int);    /* one handler for both signals */

int main(void)
{
    if (signal(SIGUSR1, sig_usr) == SIG_ERR)
        err_sys("can't catch SIGUSR1");
    if (signal(SIGUSR2, sig_usr) == SIG_ERR)
        err_sys("can't catch SIGUSR2");
    for ( ; ; )
        pause();
}

static void sig_usr(int signo)        /* argument is signal number */
{
    if (signo == SIGUSR1)
        printf("received SIGUSR1\n");
    else if (signo == SIGUSR2)
        printf("received SIGUSR2\n");
    else
        err_dump("received signal %d\n", signo);
}

我們使該程序在後臺運行，而且用kill命令將信號發送給它：

4、中斷的系統調用

早期UNIX系統的一個特性是：如果進程在執行一個低速系統調用而阻塞期間捕獲到一個信號，則該系統調用就被中斷不再繼續執行。該系統調用返回出錯，其errno設置爲EINTR。後面的章節會更多的涉及到被中斷的系統調用。

5、可重入函數

進程捕捉的信號並對其進行處理時，進程正在執行的正常指令序列就被信號處理程序臨時終端，它首先執行該信號處理程序中的指令，如果從信號處理程序返回，則繼續執行在捕捉的信號時進程正在執行的正常指令序列。但是在返回控制時不會出現任何錯誤，就叫可重入函數。而不可重入的函數由於使用了一些系統資源，比如全局變量區，中斷向量表等，所以它如果被中斷的話，可能會出現問題，這類函數是不能運行在多任務環境下的。

在信號處理函數中調用某些函數可能對導致安全問題（其結果是不可預知的），下面列出了這些異步信號安全的函數，沒有列入圖中的大多數函數是不可重入的。因爲（a）已知他們使用靜態數據類型；（b）他們調用malloc或free；（c）他們是標準I/O。標準I/O庫的很多實現都以不可重入方式使用全局數據結構。

6、函數kill和raise

kill函數將信號發送給進程或進程組，raise函數則允許進程向自身發送信號。

#include <signal.h>
int kill(pid_t pid,int signo);
int raise(int signo);
//兩個函數返回值：若成功，返回0；若出錯，返回-1.

調用raise(signo);相當於調用kill(getpid(),signo);

Kill的pid參數有以下4種不同的情況：

（1） pid>0 將該信號發送給進程ID爲pid的進程

（2） pid=0 將該信號發送給於發送進程屬於同一個進程組的所有進程

（3） pid<0 將該信號發送給其進程組ID等於pid絕對值，而且發送進程具有權限向其發送信號的所有進程

（4） pid=-1 將該進程發送給發送進程有權限向它們發送信號的所有進程。

其上所說所有進程不包括系統進程集中的進程。

7、函數alarm和pause

函數alarm設置一個定時器，當定時器超時時，產生SIGALRM信號。

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
//返回值：0或以前設置的鬧鐘時間的餘留秒數。

pause函數使調用進程掛起直至捕捉到一個信號

#include <signal.h>
int pause(void);
//返回值：-1，errno設置爲EINTR。

只有執行了一個信號處理程序並從其返回時，pause才返回。此時，pause返回-1，errno設置爲EINTR。

8、信號集

信號集是能表示多個信號的數據結構（sigset_t），下面列出5個處理信號集的函數

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set,int signo);
int sigdelset(sigset_t *set,int signo);
//四個函數返回值：若成功，返回0；若出錯，返回-1.
int siggismember(const sigset_t *set,int signo);
//返回值：若真，返回1；若假，返回0.

在使用信號集之前，要對該信號集進行初始化（調用sigemptyset或者sigfillset）。

9、函數sigprocmask

進程的信號屏蔽字規定了當前阻塞而不能遞送給該進程的信號集。調用函數sigprocmask可以檢測或更改進程的信號屏蔽字。

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how,const sigset_t *restrict set,sigset_t *restrict oset);//返回值：若成功，返回0；若出錯，返回-1.

首先，若oset是非空指針，那麼進程的當前信號屏蔽字通過oset返回。其次，若set是一個非空指針，則參數how指示如何修改當前信號屏蔽字。SIG_BLOCK是或操作，SIG_SETMASK則是賦值操作。不能阻塞SIGKILL和SIGSTOP信號。如果set是空指針，則不改變該進程的信號屏蔽字。

10、函數sigpending

sigpending函數返回一信號集，對於調用進程而言，其中的各信號是阻塞不能遞送的，因而也一定是當前未決的。

#include <signal.h>
ing sigpending(sigset_t *set);
//返回值：若成功，返回0；若出錯，返回-1.

下面展示信號設置和sigprocmask實例

進程開始阻塞SIGQUIT信號，保存了當前信號屏蔽字（以便以後恢復），然後休眠5秒。在此期間所產生的退出信號SIGQUIT都被阻塞，不遞送至該進程。

5秒休眠後，檢查該信號是否是未決的，然後將SIGQUIT設置爲不再阻塞。

運行程序，在5s之內鍵入退出字符Ctril+\（產生SIGQUIT信號），然後在第二個5s之內再次鍵入退出字符。

11、函數sigaction

sigaction函數的功能是檢查或修改與制定信號相關聯的處理動作。此函數取代了UNIX早期版本使用的signal函數。

#include <signal.h>
int sigaction(int signo,const struct sigction *restrict act,struct sigaction *restrict oact);//返回值：若成功，返回0；若出錯，返回-1.

參數signo是要檢測或修改其具體動作的信號編號。若act指針非空，則根據參數act修改其動作。若oact指針非空，則由oact指針返回該信號的上一個動作。

此函數使用下列結構：

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

sa_handler字段包含一個信號捕捉函數的地址。

sa_mask字段說明了一個信號集，在調用該信號捕捉函數之前，這一信號集要加到進程的信號屏蔽字中。僅當從信號捕捉函數返回時將進程的信號屏蔽字恢復爲原先值。

sa_sigaction字段是一個替代的信號處理程序，當sa_flags設置爲SA_SIGINFO時，使用該信號處理程序。

sa_flags字段指定對信號進行處理的各個選項。

通常按下列方式調用信號處理程序：

void handler(int signo);

在設置了SA_SIGINFO標誌，那麼按下列凡是調用信號處理程序：

void handler(int signo,siginfo_t *info,void *context);

下面使用sigaction實現signal函數，它力圖阻止被中斷的系統調用重啓動

typedef void Sigfunc(int);
Sigfunc* mysignal(int signo,Sigfunc *func)
{

     struct sigaction    act,oact;
     act.sa_handler = func;  
     sigemptyset(&act.sa_mask);  
     act.sa_flags = 0;
     if(signo == SIGALRM)   
     {
 #ifdef SA_INTERRUPT
         act.sa_flags |= SA_INTERRUPT;
 #endif
     }
     else   
     {
 #ifdef  SA_RESTART
         act.sa_flags |= SA_RESTART;
 #endif
     }
     if(sigaction(signo,&act,&oact)<0)
         return (SIG_ERR);
     return (oact.sa_handler);
 }

12、函數sigsetjmp和siglongjmp

之前說明了setjmp和longjmp函數可以用於非局部轉移，sigsetjmp跟siglongjmp指定了對信號屏蔽字的作用。

在信號處理程序中進行非局部轉移時應當使用這兩個函數。

#include <setjmp.h>
int sigsetjmp(sigjmp_buf env,int savemask);
//返回值：若直接調用，返回0；若從siglongjmp調用返回，則返回非0.
void siglongjmp(sigjmp_buf env,int val);

與setjmp和longjmp函數唯一的區別是sigsetjmp增加了一個參數savemask。如果savemask非0，則sigsetjmp在env中保存在env中保存進程的當前信號屏蔽字。調用siglongjmp時，從已經保存的env中恢復保存的信號屏蔽字。

13、函數sigsuspend

sigsuspend用於在接收到某個信號之前，臨時用sigmask替換進程的信號屏蔽字，並暫停進程執行，直到捕捉到一個信號而且從該信號處理程序返回，並且進程的信號屏蔽字設置爲調用sigsuspend之前的值。

#include <signal.h>
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);
//返回值：-1，並將errno設置爲EINTR。

進程的屏蔽字設置爲由sigmask指向的值。

下面顯示了保護代碼臨界區，使其不被特定信號中斷的正確方法

#include "apue.h"

static void    sig_int(int);

int
main(void)
{
    sigset_t    newmask, oldmask, waitmask;

    pr_mask("program start: ");

    if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR)
        err_sys("signal(SIGINT) error");
    sigemptyset(&waitmask);
    sigaddset(&waitmask, SIGUSR1);
    sigemptyset(&newmask);
    sigaddset(&newmask, SIGINT);

    /*
     * Block SIGINT and save current signal mask.
     */
    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0)
        err_sys("SIG_BLOCK error");

    /*
     * 代碼臨界區
     */
    pr_mask("in critical region: ");

    /*
     * Pause, allowing all signals except SIGUSR1.
     */
    if (sigsuspend(&waitmask) != -1)
        err_sys("sigsuspend error");

    pr_mask("after return from sigsuspend: ");

    /*
     * Reset signal mask which unblocks SIGINT.
     */
    if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
        err_sys("SIG_SETMASK error");

    /*
     * And continue processing ...
     */
    pr_mask("program exit: ");

    exit(0);
}

static void
sig_int(int signo)
{
    pr_mask("\nin sig_int: ");
}

下面是程序運行結果：

14、函數abort

abort函數的功能是使程序異常終止

#include <stdlib.h>
void abort(void);

此函數將SIGABRT信號發送給調用進程。讓進程捕捉SIGABRT信號目的是在進程終止之前由其執行所需的清理操作。默認情況是終止調用進程。

15、函數system

POSIX.1要求system函數忽略SIGINT和SITQUIT信號，阻塞SIGCHLD。

16、函數sleep

此函數使調用進程被掛起，直到滿足下列條件之一：

（1）已經經過seconds所指定的牆上時鐘時間。

（2）調用進程捕捉到一個信號並從信號處理程序返回。

#include<unistd.h>
unsigned int sleep(unsigned int seconds);

17、函數sigqueue

之前學過kill,raise,alarm,abort等功能稍簡單的信號發送函數，現在我們學習一種新的功能比較強大的信號發送函數sigqueue.

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval val)
//調用成功返回 0；否則，返回 -1。

sigqueue()是比較新的發送信號系統調用，主要是針對實時信號提出的（當然也支持前32種），支持信號帶有參數，與函數sigaction()配合使用。

sigqueue的第一個參數是指定接收信號的進程ID，第二個參數確定即將發送的信號，第三個參數是一個聯合數據結構union sigval，指定了信號傳遞的參數，即通常所說的4字節值。

typedef union sigval {
    int  sival_int;
  void *sival_ptr;
}sigval_t;

sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一個進程發送信號，而不能發送信號給一個進程組。如果signo=0，將會執行錯誤檢查，但實際上不發送任何信號，0值信號可用於檢查pid的有效性以及當前進程是否有權限向目標進程發送信號。

在調用sigqueue時，sigval_t指定的信息會拷貝到對應sig 註冊的3參數信號處理函數的siginfo_t結構中，這樣信號處理函數就可以處理這些信息了。由於sigqueue系統調用支持發送帶參數信號，所以比kill()系統調用的功能要靈活和強大得多。

參考：http://www.cnblogs.com/runnyu/p/4641346.html

https://blog.csdn.net/men_wen/article/details/61204064

https://www.cnblogs.com/mickole/p/3191804.html

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