信号管理

本文以条目的方式展示与 Linux 信号相关的一些知识及注意事项。

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1. 信号分为 传给进程的信号（process-directed signals） 和 传给线程的信号（thread-directed signals）。前者使用 kill 发送，后者使用 pthread_kill （发给本进程中的线程）和 tgkill（发给其他进程的线程）。

2. 若使用 kill 给一个进程发送信号，进程收到信号后会选择一个当前没有阻塞该信号或者正在等待该信号的线程来处理该信号，而具体是哪个线程则无法确定。

3. 信号有四种产生场景：硬件异常（如 SIGSEGV）、软件异常（如 SIGALARM）、终端产生的信号（如 SIGTSTP）和 kill 函数。在信号的产生（generation）到信号被递送（delivery）之间的状态被称作未决的（pending）；若信号生成后且没有被阻塞，则 Linux 实现应该尽可能快地递送该信号，在信号的产生和递送之间是有时间间隔的，而应用程序无法感知该间隔。

4. 信号处理函数的列表是在进程级别维护的，该进程内的任何线程都可能更改它，也就是说一个线程将信号 S 的处理函数修改为 F 后，本进程内的所有线程对信号 S 的处理函数都变成了 F；如果两个线程同时修改一个信号的处理函数，则最后一个线程将覆盖前一个线程的修改。

5. 可以使用函数 signal 或者 sigaction 来设置信号的处理函数。不同实现中 signal 的行为是不一致的，通常情况下，signal 代表着不可靠信号，信号可能丢失，没有阻塞信号的能力，而且被中断的系统调用不会自动重启动，除此之外也不适用于多线程；sigaction 的语义更加详细准确，所以推荐使用。

6. 使用上述函数后，是采用异步方式处理信号，即信号可能在线程执行任何语句的时候到来，此时线程暂时搁置当前的执行点，转而去执行信号处理函数；线程也可以使用 sigwait 函数来同步地等待信号，即线程处于休眠状态，直到所等待的信号的到来。

7. 有两个信号不能被捕获、阻塞或者忽略，SIGSTP 和 SIGKILL，即使对这两个信号设置了处理函数，也没有任何效果。

8. sleep 函数是通过 alarm 和 pause 实现的。

9. 不可以在信号处理函数中调用 pthread 系列的函数（除了 pthread_self，pthread_kill 和 pthread_sigmask），因为这些函数是不可重入的。比如线程刚刚调用了 pthread_mutex_lock，接着来了个信号，又在信号处理函数中又调用了 pthread_mutex_lock，如果锁不是递归的，那么信号处理函数则永远无法退出。

10. 信号处理函数通常是在当前线程的栈中执行的，也可以调用 sigaltstack 来设置独立的栈。

11. 信号处理函数要注意对 errno 的处理。如果线程当前执行的系统调用出了问题，errno 被设置为相应的值，还没来得及处理该 errno，此时来了信号，在信号处理函数中的系统调用又出了问题，那么当信号处理函数返回到之前线程搁置的执行点后，errno 就不再是我们期望的值；所以在信号处理函数的开始处，保存一下 errno，将要退出的时候再还原。

12. 可以通过 sigpending 查看当前进程的未决信号和调用线程的未决信号。之所以包括了进程的那一部分，是由于进程的未决信号也可能递送给调用线程。

13. 系统调用或者库函数被信号中断后的行为有两种，自动重启或者失败（errno 被设置为 EINTR），至于出现哪种行为受到两个因素的影响，当前的系统调用或者库函数和 SA_RESTART 标志。
    如果接口是 read，readv，write，writev，ioctl，且交流的对象是低速设备（即可能永久阻塞的，例如终端），而且启用了 SA_RESTART 标志，则上述五个被信号中断后会自动重启；如果交流的对象不是低速设备，例如本地磁盘，那么调用上述五个的时候，线程处于不可中断的休眠中（uninterruptible sleep），所以不会受到信号的影响。
    更多的例子请参考 signal。

14. 实时信号的范围不是定值，即 SIGRTMIN 从哪个具体的数值开始，SIGRTMAX 到哪个数值结束是不确定的，所以不要硬编码，而是采用 SIGRTMIN + n 的方式。如果同时有多个实时信号处于未决状态，则他们按照序号从小到大的顺序被处理，即序号越小，优先级越高；若同一序号的实时信号处于未决状态，则按照到达的先后顺序处理；若标准信号和实时信号同时处于未决状态，在大多数 Linux 实现中，先处理标准信号；若多个标准信号处于未决状态，那个先处理是不确定的。

15. fork。子进程继承了父进程的信号处理函数以及信号屏蔽字，但是未决信号集却是空的。

16. exec。执行之后，信号屏蔽字和未决信号集是不变的，但是信号处理函数还原成默认状态（因为之前的处理函数全部失效了），如果执行 exec 之前，将信号 S 的处理函数设置为 SIG_IGN，则执行 exec 之后，信号 S 的处理函数依然为 SIG_IGN，不会还原。

17. pthread_create。子线程继承了父线程的信号处理函数和信号屏蔽字，但是未决信号集是空的。

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参考

1. signal
2. ps
3. signal-safety
4. Uninterruptible Sleep
5. Signals and threads