apue学习笔记（第十章 信号）

本章先对信号机制进行综述，并说明每种信号的一般用法。

 

信号概念

每个信号都有一个名字，这些名字都以3个字符SIG开头。在头文件<signal.h>中，信号名都被定义为正整形常量。

在某个信号出现时，可以按下列3种方式之一进行处理：

1 忽略该信号。大多数信号都可以使用这种方式进行处理，但有两种信号却决不能被忽略：SIGKILL和SIGSTOP（只能执行系统默认动作）。

2 捕获信号。通知内核在某信号发生时，调用一个用户函数对这种时间进行处理。

3 执行系统默认动作。对于大多数信号的系统默认动作是终止该进程。

 

 

信号类型

程序错误类信号：默认动作使进程流产，产生core文件。

SIGABRT：   调用abort函数生成的信号。

SIGFPE：      浮点计算错误。

SIGILL：      非法指令错误。

SIGBUS/SIGSEGV： 硬件错误-非法地址访问。

SIGEMT：    硬件错误

SIGSYS:       非法系统调用。

SIGTRAP：   硬件错误（通常为断点指令）。

 

程序终止类信号：默认动作使进程终止，我们通常要处理这类信号，做一些清理工作，句柄函数应在结束时为此信号指定默认动作，然后再次生成该信号，使得程序终止。

SIGHUP：终端断开连接时，生成此信号给控制进程。

SIGINT：Ctrl-C或Delete按下时，由终端驱动生成，并发送给前台进程组中的所有进程。

SIGKILL：使程序立即终止，不能被捕获或忽略，也不能被阻塞。

SIGQUIT：Ctrl-\,如SIGINT，并且产生core。

SIGTERM：该信号使程序终止，但是可以阻塞、捕获、忽略。

 

闹钟类信号：通知定时器到期，默认动作是终止程序，但通常会设置句柄。

SIGALRM：alarm/setitimer函数设置定时到期后，会产生此信号。

SIGPROF：

SIGVTALRM：

 

I/O类信号：通知进程在描述字上发生了感兴趣事件，支持信号驱动IO。

SIGIO： fd准备执行输入输出时发送此信号。

SIGPOLL：异步I/O信号。

SIGURG：网络收到带外数据时可选择生成此信号。

 

作业控制类信号：

SIGCHLD：   进程终止或停止时会向其父进程发送该信号，默认动作为忽略。

SIGCONT:     使停止的进程恢复运行。

SIGSTOP:      停止进程。

SIGTSTP/SIGTTIN/SIGTTOU:

 

操作错误类信号：默认动作终止程序。

SIGPIPE：    管道破裂。

SIGXCPU/SIGXFSZ：

 

 

 

函数signal

UNIX系统信号机制最简单的接口是signal函数

#include <signal.h>
void (*signal(int signo,void (*func)(int)))(int);

可以使用typedef使其变得简单一点

typedef void Sigfunc(int);
Sigfunc *signal(int,Sigfunc *);

第一个int参数是要捕获的信号（整形常量），第二个参数是一个函数指针（处理函数），该函数指针指向的函数返回值是void，参数是int。

下面给出一个简单得信号处理程序：

#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);
}

我们使该程序在后台运行，而且用kill命令将信号发送给它：

 

 

 

中断的系统调用

早期UNIX系统的一个特性是：如果进程在执行一个低速系统调用而阻塞期间捕获到一个信号，则该系统调用就被中断不再继续执行。

该系统调用返回出错，其errno设置为EINTR。后面的章节会更多的涉及到被中断的系统调用。

 

 

可重入函数

进程捕获到信号并对其进行处理时，进程正在执行的正常指令序列就被信号处理程序临时中断，它首先执行该信号处理程序中的指令。

如果从信号处理程序返回，则继续执行在捕获到信号时进程正在执行的正常指令序列。

在信号处理函数中调用某些函数可能对导致安全问题（其结果是不可预知的），下面列出了这些异步信号安全的函数，没有列入图中的大多数函数是不可重入的。

 

 

 

函数kill和raise

kill函数将信号发送给进程或进程组，raise函数则允许进程向自身发送信号。

#include <signal.h>
int kill(pid_t pid,int signo);
int raise(int signo);

 

 

函数alarm和pause

函数alarm设置一个定时器，当定时器超时时，产生SIGALRM信号。

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

pause函数使调用进程挂起直至捕捉到一个信号

#include <signal.h>
int pause(void);

只有执行了一个信号处理程序并从其返回时，pause才返回。此时，pause返回-1，errno设置为EINTR。

 

 

 

信号集

信号集是能表示多个信号的数据结构（sigset_t），下面列出5个处理信号集的函数

#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);
int siggismember(const sigset_t *set,int signo);

在使用信号集之前，要对该信号集进行初始化（调用sigemptyset或者sigfillset）。

 

 

 

函数sigprocmask

进程的信号屏蔽字规定了当前阻塞而不能递送给该进程的信号集。调用函数sigprocmask可以检测或更改进程的信号屏蔽字。

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how,const sigset_t *restrict set,sigset_t *restrict oset);

若oset是非空指针，那么进程的当前信号屏蔽字通过oset返回。

若set是一个非空指针，则参数how指示如何修改当前信号屏蔽字。SIG_BLOCK是或操作，SIG_SETMASK则是赋值操作

 

 

 

函数sigpending

sigpending函数返回一信号集，对于调用进程而言，其中的各信号是阻塞不能递送的，因而也一定是当前未决的。

#include <signal.h>
ing sigpending(sigset_t *set);

下面展示信号设置和sigprocmask实例

#include "apue.h"

static void    sig_quit(int);

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

    if (signal(SIGQUIT, sig_quit) == SIG_ERR)
        err_sys("can't catch SIGQUIT");

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

    sleep(5);    /* SIGQUIT here will remain pending */

    if (sigpending(&pendmask) < 0)
        err_sys("sigpending error");
    if (sigismember(&pendmask, SIGQUIT))
        printf("\nSIGQUIT pending\n");

    /*
     * Restore signal mask which unblocks SIGQUIT.
     */
    if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
        err_sys("SIG_SETMASK error");
    printf("SIGQUIT unblocked\n");

    sleep(5);    /* SIGQUIT here will terminate with core file */
    exit(0);
}

static void
sig_quit(int signo)
{
    printf("caught SIGQUIT\n");
    if (signal(SIGQUIT, SIG_DFL) == SIG_ERR)
        err_sys("can't reset SIGQUIT");
}

进程开始阻塞SIGQUIT信号，保存了当前信号屏蔽字（以便以后恢复），然后休眠5秒。在此期间所产生的退出信号SIGQUIT都被阻塞，不递送至该进程。

5秒休眠后，检查该信号是否是未决的，然后将SIGQUIT设置为不再阻塞。

运行程序，在5s之内键入退出字符Ctril+\（产生SIGQUIT信号），然后在第二个5s之内再次键入退出字符。

 

 

 

 

函数sigaction

sigaction函数的功能是检查或修改与制定信号相关联的处理动作。此函数取代了UNIX早期版本使用的signal函数。

#include <signal.h>
int sigaction(int signo,const struct sigction *restrict act,struct sigaction *restrict oact);

参数signo是要检测或修改其具体动作的信号编号。若act指针非空，则根据参数act修改其动作。若oact指针非空，则由oact指针返回该信号的上一个动作。

此函数使用下列结构：

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

sa_handler字段包含一个信号捕捉函数的地址。

sa_mask字段说明了一个信号集，在调用该信号捕捉函数之前，这一信号集要加到进程的信号屏蔽字中。仅当从信号捕捉函数返回时将进程的信号屏蔽字恢复为原先值。

sa_flags字段指定对信号进行处理的各个选项。

 

sa_sigaction字段是一个替代的信号处理程序，当sa_flags设置为SA_SIGINFO时，使用该信号处理程序。

通常按下列方式调用信号处理程序：

void handler(int signo);

在设置了SA_SIGINFO标志，那么按下列凡是调用信号处理程序：

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

下面使用sigaction实现signal函数，它力图阻止被中断的系统调用重启动

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);
 }

 

 

 

函数sigsetjmp和siglongjmp

之前说明了setjmp和longjmp函数可以用户非局部转移，sigsetjmp跟siglongjmp指定了对信号屏蔽字的作用。

在信号处理程序中进行非局部转移时应当使用这两个函数。

#include <setjmp.h>
int sigsetjmp(sigjmp_buf env,int savemask);
void siglongjmp(sigjmp_buf env,int val);

与setjmp和longjmp函数唯一的区别是sigsetjmp增加了一个参数savemask。

如果savemask非0，则sigsetjmp在env中保存在env中保存进程的当前信号屏蔽字。调用siglongjmp时，从已经保存的env中恢复保存的信号屏蔽字。

 

 

函数sigsuspend

sigsuspend用于在接收到某个信号之前，临时用sigmask替换进程的信号屏蔽字，并暂停进程执行，直到捕捉到一个信号而且从该信号处理程序返回，并且进程的信号屏蔽字设置为调用sigsuspend之前的值。

#include <signal.h>
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);

下面显示了保护代码临界区，使其不被特定信号中断的正确方法

#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");

    /*
     * 代码临界区
     */
    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: ");
}

下面是程序运行结果：

 

 

 

函数abort

abort函数的功能是使程序异常终止

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

此函数将SIGABRT信号发送给调用进程。让进程捕捉SIGABRT信号目的是在进程终止之前由其执行所需的清理操作。默认情况是终止调用进程。

 

 

 

函数system

POSIX.1要求system函数忽略SIGINT和SITQUIT信号，阻塞SIGCHLD。

 

 

函数sleep

此函数使调用进程被挂起，直到满足下列条件之一：

（1）已经经过seconds所指定的墙上时钟时间。

（2）调用进程捕捉到一个信号并从信号处理程序返回。