信号处理(一)

1. 信号概念

信号是进程在运行过程中，由自身产生或由进程外部发过来的消息（事件）。信号是硬件中断的软件模拟(软中断)。每个信号用一个整型常量宏表示，以SIG开头，比如SIGCHLD、SIGINT等，它们在系统头文件<signal.h>中定义,也可以通过在shell下键入kill –l查看信号列表，或者键入man 7 signal查看更详细的说明。

信号的生成来自内核，让内核生成信号的请求来自3个地方：

l 用户：用户能够通过输入CTRL+c、Ctrl+\，或者是终端驱动程序分配给信号控制字符的其他任何键来请求内核产生信号；

l 内核：当进程执行出错时，内核会给进程发送一个信号，例如非法段存取(内存访问违规)、浮点数溢出等；

l 进程：一个进程可以通过系统调用kill给另一个进程发送信号，一个进程可以通过信号和另外一个进程进行通信。

由进程的某个操作产生的信号称为同步信号(synchronous signals),例如除0；由像用户击键这样的进程外部事件产生的信号叫做异步信号(asynchronous signals)。

进程接收到信号以后，可以有如下3种选择进行处理：

l 接收默认处理：接收默认处理的进程通常会导致进程本身消亡。例如连接到终端的进程，用户按下CTRL+c，将导致内核向进程发送一个SIGINT的信号，进程如果不对该信号做特殊的处理，系统将采用默认的方式处理该信号，即终止进程的执行； signal(SIGINT,SIG_DFL)；

l 忽略信号：进程可以通过代码，显示地忽略某个信号的处理，例如：signal(SIGINT,SIG_IGN);但是某些信号是不能被忽略的；

l 捕捉信号并处理：进程可以事先注册信号处理函数，当接收到信号时，由信号处理函数自动捕捉并且处理信号。

有两个信号既不能被忽略也不能被捕捉，它们是SIGKILL和SIGSTOP。即进程接收到这两个信号后，只能接受系统的默认处理，即终止进程。

2. signal信号处理机制

可以用函数signal注册一个信号捕捉函数。原型为：

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int); //函数指针

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

signal的第1个参数signum表示要捕捉的信号，第2个参数是个函数指针，表示要对该信号进行捕捉的函数，该参数也可以是SIG_DFL(表示交由系统缺省处理，相当于白注册了)或SIG_IGN(表示忽略掉该信号而不做任何处理)。signal如果调用成功，返回以前该信号的处理函数的地址，否则返回SIG_ERR。

sighandler_t是信号捕捉函数，由signal函数注册，注册以后，在整个进程运行过程中均有效，并且对不同的信号可以注册同一个信号捕捉函数。该函数只有一个整型参数，表示信号值。

示例：

1、 捕捉终端CTRL+c产生的SIGINT信号：

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/wait.h>

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

void SignHandler(int iSignNo)

{

printf("Capture sign no:%d\n",iSignNo);

}

int main()

{

signal(SIGINT,SignHandler);

while(1)

sleep(1);

return 0;

}

该程序运行起来以后，通过按CTRL+c将不再终止程序的运行（或者另开一个终端，然后发送消息：“kill –s 2 进程号”或者“kill -2 进程号”，可以实现Ctrl + c同样的效果。因为CTRL+c产生的SIGINT信号已经由进程中注册的SignHandler函数捕捉了。该程序可以通过Ctrl+\终止，因为组合键Ctrl+\能够产生SIGQUIT信号，而该信号的捕捉函数尚未在程序中注册。

2、 忽略掉终端CTRL+c产生的SIGINT信号：

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/wait.h>

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

int main()

{

signal(SIGINT,SIG_IGN);

while(1)

sleep(1);

return 0;

}

该程序运行起来以后，将CTRL+C产生的SIGINT信号忽略掉了，所以CTRL＋C将不再能使该进程终止，要终止该进程，可以向进程发送SIGQUIT信号，即组合键CTRL+\。或者另外开一个端口，然后执行ps –aux查看进程，发现该进程号之后用kill -9 进程号 杀掉该进程。

3、 接受信号的默认处理,接受默认处理就相当于没有写信号处理程序：

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/wait.h>

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

int main()

{

signal(SIGINT,SIG_DFL);

while(1)

sleep(1);

return 0;

}

3. sigaction信号处理机制

3.1. 信号处理情况分析

在signal处理机制下，还有许多特殊情况需要考虑：

1、 注册一个信号处理函数，并且处理完毕一个信号之后，是否需要重新注册，才能够捕捉下一个信号；（不需要）

2、 如果信号处理函数正在处理信号，并且还没有处理完毕时，又发生了一个同类型的信号，这时该怎么处理；（挨着执行）

3、 如果信号处理函数正在处理信号，并且还没有处理完毕时，又发生了一个不同类型的信号，这时该怎么处理；（跳转去执行另一个信号，之后再执行剩下的没有处理完的信号）

4、 如果程序阻塞在一个系统调用(如read(...))时，发生了一个信号，这时是让系统调用返回错误再接着进入信号处理函数，还是先跳转到信号处理函数，等信号处理完毕后，系统调用再返回。

示例：

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <signal.h>

int g_iSeq = 0;

void SignHandler(int iSignNo)

{

int iSeq = g_iSeq++;

printf("%d Enter SignHandler,signo:%d\n",iSeq,iSignNo);

sleep(3);

printf("%d Leave SignHandler,signo:%d\n",iSeq,iSignNo);

}

int main()

{

char szBuf[8];

int iRet;

signal(SIGINT,SignHandler); //不同的信号调用同一个处理函数

signal(SIGQUIT,SignHandler);

do{

iRet = read(STDIN_FILENO,szBuf,sizeof(szBuf)-1);

if(iRet < 0){

perror("read fail.");

break;

}

szBuf[iRet] = 0;

printf("Get: %s",szBuf);

}while(strcmp(szBuf,"quit\n") != 0);

return 0;

}

程序运行时，针对于如下几种输入情况(要输入得快)，看输出结果：

1、 [CTRL+c] [CTRL+c] （一个一个挨着执行）

2、 [CTRL+c] [CTRL+\] （先执行c的进入，被\打断，转而执行\，最后执行c的退出）

3、 hello [CTRL+\] [Enter] （先执行中断，没有任何输出）

4、 [CTRL+\] hello [Enter] （先执行中断，输出内容）

5、 hel [CTRL+\] lo[Enter] （先执行中断，只输出lo）

3.2. sigaction信号处理注册

函数原型：

#include <signal.h>

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

sigaction也用于注册一个信号处理函数

参数signum为需要捕捉的信号

参数act是一个结构体，里面包含信号处理函数地址、处理方式等信息

参数oldact是一个传出参数，sigaction函数调用成功后，oldact里面包含以前对signum的处理方式的信息，通常为NULL

如果函数调用成功，将返回0，否则返回-1

结构体 struct sigaction(注意名称与函数sigaction相同)的原型为：

struct sigaction {

void (*sa_handler)(int); //老类型的信号处理函数指针

void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);//新类型的信号处理函数指针

sigset_t sa_mask; //将要被阻塞的信号集合

int sa_flags; //信号处理方式掩码 ( è SA_SIGINFO )

void (*sa_restorer)(void); //保留，不要使用

};

该结构体的各字段含义及使用方式：

1、字段sa_handler是一个函数指针，用于指向原型为void handler(int)的信号处理函数地址， 即老类型 的信号处理函数（如果用这个再将sa_flags = 0,就等同于signal()函数）

2、字段sa_sigaction也是一个函数指针，用于指向原型为：

void handler(int iSignNum, siginfo_t *pSignInfo, void *pReserved)；

的信号处理函数，即新类型的信号处理函数

该函数的三个参数含义为：

iSignNum：传入的信号

pSignInfo：与该信号相关的一些信息，它是个结构体

pReserved：保留，现没用，通常为NULL

3、字段sa_handler和sa_sigaction只应该有一个生效，如果想采用老的信号处理机制，就应该让sa_handler指向正确的信号处理函数，并且让字段sa_flags为0；否则应该让sa_sigaction指向正确的信号处理函数，并且让字段sa_flags包含SA_SIGINFO选项

4、字段sa_mask是一个包含信号集合的结构体，该结构体内的信号表示在进行信号处理时，将要被阻塞的信号。针对sigset_t结构体，有一组专门的函数对它进行处理，它们是：

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set); //清空信号集合set

int sigfillset(sigset_t *set); //将所有信号填充进set中

int sigaddset(sigset_t *set, int signum); //往set中添加信号signum

int sigdelset(sigset_t *set, int signum); //从set中移除信号signum

int sigismember(const sigset_t *set, int signum); //判断signum是否包含在set中(是:返回1,否:0）

int sigpending(sigset_t *set); //将被阻塞的信号集合由参数set指针返回

其中，对于函数sigismember而言，如果signum在set集中，则返回1；不在，则返回0；出错时返回-1.其他的函数都是成功返回0，失败返回-1.

例如，如果打算在处理信号SIGINT时，只阻塞对SIGQUIT信号的处理，可以用如下方法：

struct sigaction act;

act.sa_flags = SA_SIGINFO;

act.sa_sigaction = newHandler;

sigemptyset(&act.sa_mask);

sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);

sigaction(SIGINT,&act,NULL);

5、 字段sa_flags是一组掩码的合成值，指示信号处理时所应该采取的一些行为，各掩码的含义为：

掩码	描述
SA_RESETHAND	处理完毕要捕捉的信号后，将自动撤消信号处理函数的注册，即必须再重新注册信号处理函数，才能继续处理接下来产生的信号。该选项不符合一般的信号处理流程，现已经被废弃。
SA_NODEFER	在处理信号时，如果又发生了其它的信号，则立即进入其它信号的处理，等其它信号处理完毕后，再继续处理当前的信号，即递规地处理。如果sa_flags包含了该掩码，则结构体sigaction的sa_mask将无效！（不常用）
SA_RESTART	如果在发生信号时，程序正阻塞在某个系统调用，例如调用read()函数，则在处理完毕信号后，接着从阻塞的系统返回。如果不指定该参数，中断处理完毕之后，read函数读取失败。
SA_SIGINFO	指示结构体的信号处理函数指针是哪个有效，如果sa_flags包含该掩码，则sa_sigaction指针有效，否则是sa_handler指针有效。（常用）

Example1：用sigaction实现和signal（只能传递一个参数）一样的功能。

#include<signal.h>

#include<stdio.h>

void handle(int signo)

{

printf("signo: %d\n",signo);

}

main()

{

struct sigaction st;

st.sa_handler = handle;

st.sa_flags = 0;

sigaction(SIGINT,&st,NULL);

while(1)

{

sleep(1);

}

}

Example2：用sigaction实现调用新的信号处理函数

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <signal.h>

int g_iSeq = 0;

void SignHandlerNew(int iSignNo,siginfo_t *pInfo,void *pReserved)

{

int iSeq = g_iSeq++;

printf("%d Enter SignHandlerNew,signo:%d\n",iSeq,iSignNo);

sleep(3);

printf("%d Leave SignHandlerNew,signo:%d\n",iSeq,iSignNo);

}

int main()

{

struct sigaction act;

act.sa_sigaction = SignHandlerNew;

act.sa_flags = SA_SIGINFO;

sigaction(SIGINT,&act,NULL);

sigaction(SIGQUIT,&act,NULL);

while(1)

{

sleep(1);

}

return 0;

}

练习与验证：

针对于先前的5种输入情况，给下面代码再添加一些代码，使之能够进行如下各种形式的响应：

1、[CTRL+c] [CTRL+c]时，第1个信号处理阻塞第2个信号处理；

2、[CTRL+c] [CTRL+c]时，第1个信号处理时，允许递规地第2个信号处理；

3、[CTRL+c] [CTRL+\]时，第1个信号阻塞第2个信号处理；

4、read不要因为信号处理而返回失败结果。

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <signal.h>

int g_iSeq = 0;

void SignHandlerNew(int iSignNo,siginfo_t *pInfo,void *pReserved)

{

int iSeq = g_iSeq++;

printf("%d Enter SignHandlerNew,signo:%d.\n",iSeq,iSignNo);

sleep(3);

printf("%d Leave SignHandlerNew,signo:%d\n",iSeq,iSignNo);

}

int main()

{

char szBuf[8] = {0};

int iRet = 0;

struct sigaction act;

act.sa_sigaction = SignHandlerNew;

act.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_RESTART;

sigemptyset(&act.sa_mask);

sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);

sigaction(SIGINT,&act,NULL);

do{

iRet = read(STDIN_FILENO,szBuf,sizeof(szBuf)-1);

if(iRet < 0){

perror("read fail");

break;

}

szBuf[iRet] = 0;

printf("Get: %s",szBuf);

}while(strcmp(szBuf,"quit\n") != 0);

return 0;

}

你会发现，当一个信号被阻塞之后，在解除阻塞之前，该信号发生了多次，但是解除阻塞的时候，内核只会向进程发送一个信号而已，而不管在其阻塞期间有多少个信号产生，因为linux并不会对信号进行排队。另外，这里用到了打断read输入的中断处理，必须要加参数SA_RESTART，对于signal函数而言，它安装的信号处理函数，系统默认会自动重启被中断的系统调用，而不是让它出错返回。而对于sigaction函数而言，必须要自己指定SA_RESTART实现重启功能，如果不指定则会read失败，提示read的时候中断发生。