信号

目录

• 1. 信号概念
  • 信号的定义
  • 信号的产生
  • 信号的处理
  • 可靠信号术语
  • Linux常用信号及默认动作
• 2. signal函数
• 3. 信号集与信号屏蔽字
  • 信号集
  • 信号屏蔽字
• 4. sigaction函数
• 5. kill和raise函数
• 6. alarm函数
• 7. pause函数
• 8. 信号可重入函数
• 9. 信号的应用

1. 信号概念

信号的定义

信号是软中断，它提供了一种处理异步事件的方法。在Linux系统中，每个信号都有一个名字，这些名字都已SIG开头，通过kill -l命令可以查看所有信号。

注意上图：

• 信号的编号从1到64，但是没有32，33，所以信号共有62个
• 前31个信号称为普通信号，后31个称为实时信号
• 使用信号的时候可以直接使用编号，也可以使用这些宏

本文内容仅限于前31个普通信号，且仅讨论用的相对较多的部分信号。

信号的产生

信号的产生有多种方式：

• 终端按键产生信号，如Ctrl+C产生SIGINT信号，Ctrl+\产生SIGQUIT信号
• 硬件异常产生信号，如除0操作、无效的内存引用等
• 进程调用kill函数或终端执行kill命令产生信号
• 当检测到某种软件条件已经发生，将其通知给有关进程时也要产生信号，如alarm超时产生SIGALARM信号

信号的处理

信号的处理一般有三种方式：

• 忽略信号。大多数信号都可采用该方式处理
• 执行系统默认动作。每一种信号都有系统默认动作，而大部分信号的默认动作都是终止进程
• 捕捉信号。此种处理方式为执行用户自定义的处理函数

有两个信号比较特殊：SIGKILL和SIGSTOP，它们既不能被忽略，也不能被捕捉。

可靠信号术语

• 信号递送（Delivery）：当一个信号产生时，内核通常在进程表中以某种形式设置一个标志，当对信号采取了该动作时，我们就说向进程递送了一个信号
• 信号未决（Pending）：信号从产生到递送之间的时间间隔内，我们称信号是未决的
• 信号阻塞（Block）：进程可以选择阻塞某个信号，即屏蔽不接收该信号

注意：

• 如果为进程产生了一个阻塞的信号，且进程对该信号的处理方式为系统默认动作或捕捉，那么该信号将一直保持在未决状态
• 阻塞和忽略是不同的，阻塞是进程没有收到该信号，而忽略是进程收到信号后的一种处理方式

Linux常用信号及默认动作

信号	产生条件及功能说明	系统默认动作
SIGABRT	调用abort()	进程终止 + coredump
SIGALRM	alarm或settimer超时	进程终止
SIGCHLD	子进程终止时，发送该信号给父进程	忽略
SIGFPE	算术运行异常，如除0、浮点溢出等	进程终止 + coredump
SIGINT	命令行终端按Ctrl+C时，发送该信号给所有的前台进程，常用于终止运行失控的进程	进程终止
SIGQUIT	命令行终端按Ctrl+\时，发送该信号给所有的前台进程，作用和SIGINT相同，但会产生cordump文件	进程终止 + coredump
SIGTSTP	命令行终端按Ctrl+Z时，发送该信号给所有的前台进程，用于停止进程	停止进程
SIGIO	指示一个异步IO事件	进程终止/忽略
SIGKILL	不能被捕捉和忽略，只能采取系统默认动作	进程终止
SIGSTOP	不能被捕捉和忽略，只能采取系统默认动作	进程终止
SIGTERM	由kill函数或kill命令产生，发送给应用程序捕获，reboot命令就用到了该信号	进程终止
SIGSEGV	无效内存引用，段错误	进程终止 + coredump
SIGUSR1	用户自定义信号，可用于应用程序	进程终止
SIGUSR2	用户自定义信号，可用于应用程序	进程终止

2. signal函数

signal函数用于给某个信号指定信号处理方式。

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

//成功返回旧的信号处理函数，失败返回SIG_ERR
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

参数说明：

• signum：信号编号
• handler：SIG_IGN（忽略信号）、SIG_DFL（默认动作）或信号处理函数（捕捉信号）

3. 信号集与信号屏蔽字

信号集

信号集sigset_t是一种能表示多个信号的数据类型，signal.h提供了下列5个处理信号集的函数。

#include <signal.h>

//4个函数返回值：成功返回0，失败返回-1
int sigemptyset(sigset_t *set);                    //初始化由set指向的信号集，清除其中所有信号
int sigfillset(sigset_t *set);                     //初始化由set指向的信号集，使其包含所有信号
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);          //将一个信号signum添加到信号集set中
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);          //将一个信号signum从信号集set中删除

//若信号signum在信号集set中，则返回1，否则返回0
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);  //判断信号signum是否在信号集set中

应用程序在使用信号集前，必须要先对该信号集调用一次sigemptyset或sigfillset，之后就可以调用sigaddset或sigdelset在该信号集中增删特定的信号。

信号屏蔽字

• 每个进程都有一个信号屏蔽字，它规定了当前要阻塞而不能递送到该进程的信号集
• 对于每种信号，该屏蔽字中都有一位与之对应，若信号的对应位已设置，则该信号是被阻塞的
• sigprocmask函数可以检测或更改，或同时检测和更改进程的信号屏蔽字

#include <signal.h>

//成功返回0，失败返回-1
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

参数说明：

• 若oldset不为NULL，则进程的当前信号屏蔽字将通过oldset返回
• 若set不为NULL，则how将指示如何修改当前信号屏蔽字
• 若set为NULL，则忽略参数how，设为0即可

参数how	说 明
SIG_BLOCK	新的信号屏蔽字是其当前信号屏蔽字和set指向信号集的并集，set包含了希望阻塞的附加信号
SIG_UNBLOCK	新的信号屏蔽字是当前信号屏蔽字和set指向信号集补集的交集，set包含了希望解除阻塞的信号
SIG_SETMASK	新的信号屏蔽字是set指向的信号集

4. sigaction函数

sigaction用于获取某个信号的现有handler，或者为其设置新的handler，或者二者都有，它改善了signal要想获得当前handler，必须先设置新的handler的缺陷。
APUE推荐用sigaction代替signal，但这个函数用起来比signal麻烦的多，目前实际工程中还是以使用signal居多。

#include <signal.h>

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

//成功返回0，失败返回-1
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

参数说明：

• signum：信号编号
• act：若act不为NULL，则设置新的handler
• oldact：若oldact不为NULL，则返回旧的handler

当act不为NULL时：

• act->sa_handler应设为新的信号处理函数
• act->sa_mask表示一个信号集，用于指定想要阻塞的信号
• 在调用信号处理函数前，内核会自动将act->sa_mask加入信号屏蔽字；当从信号处理函数返回时，再将信号屏蔽字恢复为原先的值

5. kill和raise函数

kill函数将信号发送给进程或进程组，raise函数用于进程向自身发送信号。

#include <signal.h>

//成功返回0，失败返回-1
int kill(pid_t pid, int signum);
int raise(int signum);  //raise(signum) <==> kill(getpid(), signum)

kill的pid参数有以下4种不同的情况：

• pid > 0：将信号发送给进程ID为pid的进程
• pid = 0：将信号发送给调用进程所属的进程组
• pid < 0：将信号发送给进程组ID等于abs(pid)，且调用进程有权限发送的所有进程
• pid = -1：将信号发送给调用进程有权限发送的所有进程

6. alarm函数

使用alarm可以设置一个定时器（闹钟时间），当定时器超时时，会产生SIGALRM信号，如果应用程序忽略或不捕捉该信号，则会采用系统默认动作——终止调用alarm的进程。

#include <unistd.h>

//返回值：0或者以前设置的定时器剩余秒数
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

• 每个进程只能有一个闹钟时间，闹钟时间只能以秒为单位
• 如果在调用alarm时，之前设置的闹钟时间还没到，则之前闹钟的剩余时间将作为本次alarm的返回值，并使用新的闹钟时间重新计时
• 如果在调用alarm时，之前设置的闹钟时间还没到，且本次调用的seconds为0，则取消之前的闹钟时间，其剩余时间作为本次alarm的返回值

7. pause函数

pause函数使调用进程阻塞直到捕捉到一个信号。

#include <unistd.h>

//返回-1，errno设置为EINTR
int pause(void);

只有执行了一个信号处理函数并从其返回时，pause才返回，在这种情况下，pause返回-1，errno设置为EINTR。

8. 信号可重入函数

信号可重入函数是指在信号处理程序中保证调用安全的函数，也叫做异步信号安全函数，下图列出了所有的信号可重入函数，其中所有的系统调用都是信号可重入函数。

没有列入上图的大多数函数是信号不可重入函数，主要原因有：

• 它们使用静态数据结构
• 它们调用malloc或free
• 它们是标准IO函数

9. 信号的应用

应用程序使用信号的步骤其实很简单：

• 调用signal或sigaction为某个信号指定处理方式
• 如果是捕捉信号，则编写信号处理函数，在函数中实现需要的处理

应用程序使用信号的步骤其实也很复杂：

• 信号的数量繁多
• 每种信号的处理方式都有3种
• 很多系统函数内部也有对信号的要求，我们在使用信号时可能会在无意间与之冲突，比如下一篇笔记system与信号的深层特性中讲的案例
• 一些信号产生原因来自硬件问题或系统故障，这对于应用程序是不可预知、不可控的，要不要处理这些信号、如何处理都是比较麻烦的事情