Linux網絡編程：信號

一、爲了理解信號，先從我們最熟悉的場景說起：
1. 用戶輸入命令，在Shell下啓動一個前臺進程。
2. 用戶按下Ctrl-C，這個鍵盤輸入產生一個硬件中斷。
3. 如果CPU當前正在執行這個進程的代碼，則該進程的用戶空間代碼暫停執行，CPU從用戶態切換到內核態處理硬件中斷。
4. 終端驅動程序將Ctrl-C解釋成一個SIGINT信號，記在該進程的PCB中（也可以說發送了一個SIGINT信號給該進程）。

5. 當某個時刻要從內核返回到該進程的用戶空間代碼繼續執行之前，首先處理PCB中記錄的信號，發現有一個SIGINT信號待處理，而這個信號的默認處理動作是終止進程，所以直接終止進程而不再返回它的用戶空間代碼執行。

用kill -l命令可以察看系統定義的信號列表：
每個信號都有一個編號和一個宏定義名稱，這些宏定義可以在signal.h中找到，例如其中有定義#define SIGINT 2。編號34以上的是實時信號，這些信號各自在什麼條件下產生，默認的處理動作是什麼（Term表示終止當前進程，Core表示終止當前進程並且Core Dump，Ign表示忽略該信號，Stop表示停止當前進程，Cont表示繼續執行先前停止的進程），在signal(7)中都有詳細說明。

0～31 不可靠信號，多個信號不會排隊只保留一個，即信號可能丟失。

34～64 可靠（實時信號），支持排隊信號不會丟失，可使用sigqueue發送信號，不像0~31有缺省的定義。

二、產生信號的條件主要有：

1、用戶在終端按下某些鍵時，終端驅動程序會發送信號給前臺進程，例如Ctrl-C產生SIGINT信號，Ctrl-\產生SIGQUIT信號，Ctrl-Z產生SIGTSTP信號。

2、硬件異常產生信號，這些條件由硬件檢測到並通知內核，然後內核向當前進程發送適當的信號。例如當前進程執行了除以0的指令，CPU的運算單元會產生異常，內核將這個異常解釋爲SIGFPE信號發送給進程。

3、再比如當前進程訪問了非法內存地址，MMU會產生異常，內核將這個異常解釋爲SIGSEGV信號發送給進程。

4、一個進程調用kill(2)函數可以發送信號給另一個進程。

5、可以用kill(1)命令發送信號給某個進程，kill(1)命令也是調用kill(2)函數實現的，如果不明確指定信號則發送SIGTERM信號，該信號的默認處理動作是終止進程。

6、raise：給自己發送信號。raise(sig)等價於kill(getpid(), sig);
7、killpg：給進程組發送信號。killpg(pgrp, sig)等價於kill(-pgrp, sig);
8、sigqueue：給進程發送信號，支持排隊，可以附帶信息。

9、當內核檢測到某種軟件條件發生時也可以通過信號通知進程，例如鬧鐘超時產生SIGALRM信號，向讀端已關閉的管道寫數據時產生SIGPIPE信號。

三、用戶程序可以調用signal(2) / sigaction(2)函數告訴內核如何處理某種信號（若未註冊則按缺省處理），可選的處理動作有三種：
1. 忽略此信號。有兩個信號不能被忽略：SIGKILL和SIGSTOP。
2. 執行該信號的默認處理動作。
3. 提供一個信號處理函數，要求內核在處理該信號時切換到用戶態執行這個處理函數，這種方式稱爲捕捉（Catch）一個信號。

四、信號與中斷的區別

信號與中斷的相似點：
（1）採用了相同的異步通信方式；
（2）當檢測出有信號或中斷請求時，都暫停正在執行的程序而轉去執行相應的處理程序；
（3）都在處理完畢後返回到原來的斷點；
（4）對信號或中斷都可進行屏蔽。
信號與中斷的區別：
（1）中斷有優先級，而信號沒有優先級，所有的信號都是平等的；
（2）信號處理程序是在用戶態下運行的，而中斷處理程序是在核心態下運行；
（3）中斷響應是及時的，而信號響應通常都有較大的時間延遲。

五、signal(2) 信號註冊函數

typedef void (*__sighandler_t) (int);
#define SIG_ERR ((__sighandler_t) -1)
#define SIG_DFL ((__sighandler_t) 0)
#define SIG_IGN ((__sighandler_t) 1)

函數原型:

__sighandler_t signal(int signum, __sighandler_t handler);

參數
signal是一個帶signum和handler兩個參數的函數，準備捕捉或屏蔽的信號由參數signum給出，接收到指定信號時將要調用的函數由handler給出，handler這個函數必須有一個int類型的參數（即接收到的信號代碼），它本身的類型是void
handler也可以是兩個特殊值：SIG_IGN 忽略該信號；SIG_DFL    恢復默認行爲

RETURN VALUE
       signal() returns the previous value of the signal handler, or SIG_ERR on error.

示例程序：

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

void handler(int sig);

int main(int argc, char *argv[])
{
    __sighandler_t oldhandler;
    oldhandler = signal(SIGINT, handler); // 返回值是先前的信號處理程序函數指針
    if (oldhandler == SIG_ERR)
        ERR_EXIT("signal error");

    while (getchar() != '\n') ;

    /* signal(SIGINT, SIGDFL) */
    if (signal(SIGINT, oldhandler) == SIG_ERR)
        ERR_EXIT("signal error");
    for (; ;) ;

    return 0;
}

void handler(int sig)
{
    printf("recv a sig=%d\n", sig);
}

輸出如下所示：

^Crecv a sig=2
^Crecv a sig=2
^Crecv a sig=2
^C

程序執行開始註冊了SIGINT信號的處理函數，故我們按下ctrl+c 並不會像往常一樣終止程序，只是打印了recv a  sig = 2。接着按下回車，重新註冊了SIGINT的默認處理，此時再ctrl+c 程序就被終止了。

將程序中的 32 ～37 行 換成如下的表述：

for (; ;)
{
    pause(); //使進程掛起直到一個信號被捕獲(信號處理函數完成後返回)
    //且調用schedule()使系統調度其他程序運行，
    //這樣比完全的死循環的好處是讓出cpu
    printf("pause return\n");
}

調用pause函數：將進程置爲可中斷睡眠狀態。然後它調用schedule()，使linux進程調度器找到另一個進程來運行。pause使調用者進程掛起，直到一個信號被捕獲處理後函數才返回。調用pause 的好處是在等待信號的時候讓出cpu，讓系統調度其他進程運行，而不是完全的死循環，當然這樣ctrl+c 就是始終終止不了程序，我們可以使用 ctrl+\ 產生SIGQUIT信號終止程序。

事實上根據man手冊，signal 函數可移植性並不是很好，最好只是用在SIG_DFL, SIG_IGN 上，註冊信號處理函數用sigaction 比較好。