Linux编程---信号处理

信号是一种异步的进程间通信的方式.但是这种通知方式能交换的信息很少.只能说给一个事件的标志.类似单片机中的中断,强迫进程停止做当前应当做的事情,而去执行中断执行程序.

 

信号的产生有如下几种:

1.用户按下了某个终止键,如ctrl-\或ctrl-c.是由终端程序向当前进程发送一个中断信号.

2.程序异常.比如除零错误.

3.kill函数向其发送了一个终止信号

4.进程向自己发送信号.如进程调用alarm函数.

5.企图读写终端的后台进程会得到作业的控制信号SIGTTIN或SIGTOU.

6.当进程超越了CPU或文件的大小限制时,内核会生成一个信号.

 

得到信号的进程也有三种方式应对.

1.忽略信号.大部分信号都可以忽略,但SIGSTOP和SIGKILL除外

2.捕获信号.这就要进程对信号进行专门的设置了.

3.执行系统默认动作.这个主要是系统默认对信号规定的默认动作.

---流产: 终止进程并且生成内存转储文件.即产生存储上下文环境,寄存器内容等信息的core文件.(abort函数)

---终止: 这个不产生core文件

---忽略: 忽略信号

---挂起: 暂停进程

---继续: 恢复进程.

 

对于进程正处在可中断的睡眠状态并且这个信号是非阻塞的,内核便唤醒此进程使它能够接受信号.

对于信号,进程可以立即处理,也可以选择让其悬挂.对于不可靠信号,一个进程对同一种信号只能悬挂一个.也就是信号可以存储,但是只能存一个.对于可靠信号,信号来几个就执行几次信号句柄,信号可以排队,所以可以用来计数.

对于小于SIGRTMIN的信号为不可靠信号,SIGRTMIN-SIGRTMAX为可靠信号.实际上实时对应可靠,非实时对应不可靠.

 

这里是我抄网上的,测试版本为ubuntu 12.04LTS.我之前也不太明白实时和非实时,可靠和不可靠信号的差别.如果理解有误还请指出.

 

这里介绍一个NSIG宏.这个宏记录了系统中允许的信号总数+1.

 

void psignal(int signo,const char *msg);

这个函数我第一次见...网上貌似也没资料.....

若msg是控制正,函数只打印signo对应的描述,并随后带上一个换行符.

若msg是非空指针,平函数用这个字符串作为其输出消息的前缀,并且在此前缀和signo对应的消息之间放置一个冒号和空格将他们分开.

 

简单来说就是查询信号用途的函数...

 

不同信号类型中的信号也蛮多的...具体的还是以后编程遇到后慢慢记吧.这里就不写了.

 

还是写一些函数的说明吧...

 

一.信号生成

int raise(int sig);

这个函数功能就是发送sig到调用进程...

如果sig信号设置了句柄,那么raise只有在句柄函数返回时才会返回.

 

int kill(pid_t pid,int sig);

这个函数用的比较多吧.虽说叫kill,但实际上是发送信号的函数.并不一定只能发送kill.

如果sig为0,那么kill只进行正常的错误检查而不实际发送信号,这常常用来检查pid的合法性.如果发送信号的进程可能不在的话,那么就可以这么用.

pid实际上参数用法还蛮多的.

>0  发送信号给pid进程

=0  发送给进程所在的进程组的所有进程.

=-1 广播信号,即发送给能发送的所有进程.

<-1 发送信号给进程组ID等于pid绝对值.并且发送者有权向它发送信号的所有进程.

 

这个pid的取值和之前的wait很像.

 

这里还提到了权限的问题.一般进程的实际用户ID或有效用户ID必须与接受信号进程的实际用户ID或有效用户ID相同.对于有效ID是超级用户的进程来说,可以向任何进程发送信号.

 

 

二.设置信号动作.

typedef void (*sighandler_t)(int );

sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);

两个参数:signum设置型号类型.handler设置信号句柄.

handler其实可以取以下三种值之一:

SIG_DFL 默认动作

SIG_IGN 忽略该信号.但SIGKILL和SIGSTOP这两个信号,不能设置为忽略.尽量不要忽略系统相关的信号.

函数指针 就是执行这个函数体的函数.参数一般得到的是信号类型.

 

这个函数的返回值是前一次有效动作的指针.,因此它的原型与第二个参数相同.当signal调用成功时.返回值要么是SIG_DFL,SIGIGN或函数句柄.

 

如果调用出错,那么则会返回SIG_ERR并设置errno.唯一的错误吗是EINVAL

 

对于fork和exec来说,信号相关对于fork来说是继承的.

对exec来说则不继承.所有忽略的信号继续忽略,其他有句柄的则改为默认动作.

 

 

由于signal函数使用的时候存在一个时间窗口,信号很可能不可靠.所以有了下面这个信号函数.通常用它的比较多

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

第二个参数是一个结构体,其中包含了信号句柄.第三个参数则是原来的信息.

struct sigaciton{

   void  (*sa_handler)(int);

   void  (*sa_sigaction)(int ,siginfo_t *,void *);

   sigset_t sa_mask;

   int    sa_flags;

}

sa_handler就是句柄.

sa_sigaction也是个句柄地址,当sa_flags设置了SA_SIGINFO的时候才起作用,否则用handler.

sa_mask指明信号句柄执行期间要阻塞的一组信号,在sigaction执行过程中会屏蔽这些信号.

sa_flags可取的值就多了,有以下这些:
SA_NOCLDSTOP

此标志只对SIGCHLD信号有效,正常情况下,子进程被停止时,总是向父进程发送信号,有时候被停止的子进程恢复运行时,可能向父进程发送信号.当signum参数传值是SIGCHLD时,在这两种情况下都不再发送信号.

SA_RESTART

如果设置该标志并且捕获信号,系统将在信号句柄返回时自动恢复被该信号中断了的系统调用.否则被中断的系统调用将返回-1并置errno为EINTR.多数情况下sa_flags的值为SA_RESTART.

SA_ONSTACK

如果设置此标志,系统将在用sigaltstack指定的替代信号栈上运行的信号句柄.否则使用用户栈来交付信号.

SA_NODEFER

如果设置此标志并且捕获信号,在信号句柄执行期间系统不自动阻塞该信号.这对应于不可靠信号signal的情形.(估计没什么人会用这个吧...)

SA_RESETHAND

如果设置此标志并且捕获信号,在信号句柄的入口,系统将重置信号动作为SIG_DFL并清楚SA_SIGINFO标志,并且sigaction的行为就和signal差不多了.

SA_NOCLDWAIT

只对SIGCHLD起作用.如果设置此标志,并且sig是SIGCHLD,调用进程的所有子进程在终止时不转变成僵死进程.这样父进程就不必调用wait函数了.如果调用了wait则进程会一直阻塞直到所有子进程都结束才返回,返回值为-1和设置errno为ECHILD.

SA_SIGINFO

这个就是上面的情况了.未设置用sa_handler并且禁止修改sa_sigaction.

句柄原型必须是void f(int signo);

如果设置了这个标志,则必须修改sa_sigaction设置信号句柄并禁止修改sa_handler.

句柄原型为void f(int signo,siginfo *info,void *context);

这个有些复杂,不过还是可以说清楚的.

实际上在siginfo_t中包含了更多的信号产生的信息.context也指向了一个进程上下文环境.Linux下默认类型为sigcontext结构体.

这个内容好多...我就不展开了,我看APUE上有相关信息,用到再查吧.

 

三.阻塞信号

阻塞信号意味着告诉操作系统保持该信号并推迟它的发送.被阻塞的信号不会丢失,他们只是暂时被悬挂,直到阻塞解除.

 

1.sigset_t类型的信号操作

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(const sigset_t *set,int signo);

主要是针对信号集合的操作.

第一个是清空集合,第二个则是填满所有类型信号.返回值总是0.

第三个则是增加一个信号到集合中.第四个是从集合中删除一个信号,成功返回0,

第五个则是检测一个信号是否为集合中的信号,在里面则返回1,否则返回0.

 

2.设置信号屏蔽

int sigprocmask(int how,const sigset_t *set,sigset_t *oset);

how的值有三种:
SIG_BLOCK      把set信号集中的信号加入到阻塞信号集中

SIG_UNBLOCK   解除set中的全部阻塞信号

SIG_SETMASK   使用set集合为屏蔽信号集合.

如果第二个参数为NULL,那么则什么都不做,how也没有用,只是得到原有屏蔽信号集合.

 

注意不能阻塞SIGKILL和SIGSTOP.如果set集合中有这两个信号,那么sigprocmask只是忽略他们但并不返回错误.

 

3.检查悬挂信号

int sigpending(sigset_t *set);

通过set返回已经被悬挂的信号.

 

四.等待信号

int pause();

这个就是阻塞进程直到有信号来.并且直到这个信号的句柄执行完成之后才返回.返回值为-1,并设置errno为EINTR.

 

pause在很多时候并不太可靠,所以最好不要用pause来等待新号到达,之后再开始做正真的工作.这样做不安全.即使通过设置标志来安排新号句柄合作也仍然不能可靠地使用pause.

如果在

static void sig_usr(int signo)
{   flag=1;
}

if(!flag)

 pause();

这种情况下,在flag判断完到执行pause中间出现一个信号并且之后一直没有信号,那么就会造成进程永久阻塞.所以为这种情况封装了另外一个函数.

 

int siguspend(const sigset_t *sigmask);

这个函数把sigmask中的信号集合临时代替调用进程的信号屏蔽.然后挂起调用进程直到有不属于sigmask的信号到达为止.注意!是不属于sigmask集合的信号来才恢复阻塞!

 

 

 

五.使用分开的信号栈

对于大程序,调用层次比较深的可能需要用这个吧.为了避免爆栈,只好从堆中拿出一部分当作栈了.特别是对于SIGSEGV这种内存相关的信号了,可以通过中断来让程序更加强壮.

 

int sigaltstack(const stack_t *ss,stack_t *oss);

stack_t结构体包含

int ss_flags   栈状态标志

void *ss_sp  栈地址

size_t ss_size  栈大小

通过malloc一个空间.放入stack_t结构体中.

其中ss_flags这个有两种宏标志.SS_ONSTACK和SS_DISABLE.前者表示用新的地址.后者表示不用这个栈.感觉DISABLE好鸡肋...估计是用在调用完之后,用来查看状态的吧.

同时可以用宏参数SIGSTKSZ和MINSTKSZ来确定系统允许的信号栈空间大小.通常ss_size用SIGSTKSZ即可.

 

执行成功返回0,失败返回-1并设置errno为错误原因.

sigaltstack只是准备好一个栈,具体那个句柄使用这个栈还不知道.在调用sigaction的时候使用了宏SA_ONSTACK才可以来指定用哪个栈.

 

六.信号句柄编程技巧

1.句柄内非局部控制转移

主要是用过setjmp和longjmp或sigsetjmp和siglongjmp,来实现句柄中实现非局部控制转移.

int sigsetjmp(sigjmp_buf env,int savemask);

void siglongjmp(sigjmp_buf env,int val);

在UNIX标准中没有规定setjmp,longjmp是否保存屏蔽信息...

但在Linux下sigsetjmp,siglongjmp与setjmp,longjmp都保存屏蔽信息.

 

这个非局部控制转移估计多用于错误恢复吧.

 

2.可重入函数与异步信号安全函数

可重入函数需要满足三个条件:
--不修改自身代码

--只修改自己的局部数据

--不调用其他任何非可重入函数

这里为什么要提到可重入函数呢..因为很多时候信号会中断程序,并且信号句柄也可能调用一些函数造成破坏.

malloc就是不可重入的.如果在malloc执行的时候被信号中断,并且句柄中调用了malloc.那么很可能造成malloc所维护内存分配表就会写乱了.

所以在句柄中用不可重入函数要小心.我一开始觉得可以通过锁来解决,但是仔细一想,锁可能还不能完全的解决问题,还应有一个延时一段时间,重新发送信号的过程.

 

可重入函数可以在信号句柄内安全地调用,这种函数也称为异步信号安全函数.

任何函数,除非特殊声明,否则不是异步信号安全函数.

 

不可重入函数一般具有以下特点:
1) 使用了静态数据结构

2) 调用了malloc或free.

3) 是标准IO库中的函数.因为标准库中通常使用全局数据结构.

 

 

七.实时信号

Linux一共支持30个实时信号从34到63.和一般的信号相比,主要有如下差别:

1) 实时信号可以排队

2) 如果信号用sigqueue发送的,那么随信号可以附带一个额外的值.如果接收进程设置SA_SIGINFO标志为这个信号安装了句柄,它可以从信号句柄类型为siginfo_t的第二个参数成员si_value中得到这个值.

3) 当信号阻塞时,受阻的多个实时信号是按确定的顺序交付的.同类型信号是顺序交付,不同类型按信号值从小到大依次交付.

 

这里提到了一个函数sigqueue.

int sigqueue(pid_t pid,int signo,const union sigval value);

第三个参数就是上面说的额外的值.

联合体如下union sigval{
int sival_int;

void *sival_ptr;

}

也就是说这是个整数或是指针.

 

如果实时信号还用sigsuspend就不合适了.因为其延长了信号回应的时间.这里专门提供了两门等待实时信号的函数

int sigwaitinfo(const sigset_t *set,siginfo_t *info);

int sigtimedwait(const sigset_t *set,siginfo_t *info,const struct timesoec * timeout);

第一个参数是等待信号的集合,第二个参数是用来得到信号信息的参数.timedwait的最后一个参数则是用来限制等待时间的,如果为NULL,那么就和waitinfo一样了.

 

 

信号处理就写到这里了.基本该写的都写了.

欢迎指出错误~