第十章 信号
信号是软件中断，它提供了一种处理异步事件的方法。本章对信号机制进行综述，并说明每种信号的一般用法。
1、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。
1.1 产生信号的条件：
（1）当用户按某写终端按键时，引发终端产生的信号。如：Ctrl+C产生SIGINT信号。
（2）硬件异常产生信号。如除零错，无效的内存应用产生SIGSEGV信号。
（3）进程调用kill函数可将任一信号发送给另一个进程或进程组。
（4）用户可用kill命令将信号发送给其他进程。
（5）当检测到某种软件条件已经发生，并应将其通知有关进程时也产生信号。如SIGPIPE在管道的读进程已终止后，一个进程写此管道。
1.2 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。
2、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：
3、函数signal
UNIX系统信号机制最简单的接口是signal函数，不过最好使用sigaction代替该函数。
#include <signal.h>
void (*signal(int signo,void (*func)(int)))(int);
//返回值：若成功，返回以前的信号处理配置；若出错，返回SIG_ERR。
//可以使用typedef使其变得简单一点
typedef void Sigfunc(int);
Sigfunc *signal(int,Sigfunc *);第一个参数指定要捕获的信号（整形常量），第二个参数指定针对前面信号值的处理handler可以是SIG_IGN（忽略该信号）、SIG_DFL（系统默认动作）或者是接到此信号后要调用的函数地址。我们称这种处理为捕捉该信号，称此函数为信号处理程序或信号捕捉函数，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：
4、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。
5、可重入函数
进程捕捉的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终端，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，则继续执行在捕捉的信号时进程正在执行的正常指令序列。但是在返回控制时不会出现任何错误，就叫可重入函数。而不可重入的函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区，中断向量表等，所以它如果被中断的话，可能会出现问题，这类函数是不能运行在多任务环境下的。
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。因为（a）已知他们使用静态数据类型；（b）他们调用malloc或free；（c）他们是标准I/O。标准I/O库的很多实现都以不可重入方式使用全局数据结构。
6、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);
//两个函数返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1.调用raise(signo);相当于调用kill(getpid(),signo);
Kill的pid参数有以下4种不同的情况：
（1） pid>0 将该信号发送给进程ID为pid的进程
（2） pid=0 将该信号发送给于发送进程属于同一个进程组的所有进程
（3） pid<0 将该信号发送给其进程组ID等于pid绝对值，而且发送进程具有权限向其发送信号的所有进程
（4） pid=-1 将该进程发送给发送进程有权限向它们发送信号的所有进程。
其上所说所有进程不包括系统进程集中的进程。
7、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);
//返回值：0或以前设置的闹钟时间的余留秒数。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);
//返回值：-1，errno设置为EINTR。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。
8、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);
//四个函数返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1.
int siggismember(const sigset_t *set,int signo);
//返回值：若真，返回1；若假，返回0.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）。
9、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);//返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1.首先，若oset是非空指针，那么进程的当前信号屏蔽字通过oset返回。其次，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。不能阻塞SIGKILL和SIGSTOP信号。如果set是空指针，则不改变该进程的信号屏蔽字。
10、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);
//返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1.下面展示信号设置和sigprocmask实例
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。
11、 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);//返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1.参数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_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。
sa_flags字段指定对信号进行处理的各个选项。
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);
}
12、 函数sigsetjmp和siglongjmp
之前说明了setjmp和longjmp函数可以用于非局部转移，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);
//返回值：若直接调用，返回0；若从siglongjmp调用返回，则返回非0.
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。
13、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);
//返回值：-1，并将errno设置为EINTR。进程的屏蔽字设置为由sigmask指向的值。
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：
14、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。
15、函数system
POSIX.1要求system函数忽略SIGINT和SITQUIT信号，阻塞SIGCHLD。
16、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。
#include<unistd.h>
unsigned int sleep(unsigned int seconds);
17、函数sigqueue
之前学过kill,raise,alarm,abort等功能稍简单的信号发送函数，现在我们学习一种新的功能比较强大的信号发送函数sigqueue.
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval val)
//调用成功返回 0；否则，返回 -1。sigqueue()是比较新的发送信号系统调用，主要是针对实时信号提出的（当然也支持前32种），支持信号带有参数，与函数sigaction()配合使用。
sigqueue的第一个参数是指定接收信号的进程ID，第二个参数确定即将发送的信号，第三个参数是一个联合数据结构union sigval，指定了信号传递的参数，即通常所说的4字节值。
typedef union sigval {
int sival_int;
void *sival_ptr;
}sigval_t;sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一个进程发送信号，而不能发送信号给一个进程组。如果signo=0，将会执行错误检查，但实际上不发送任何信号，0值信号可用于检查pid的有效性以及当前进程是否有权限向目标进程发送信号。
在调用sigqueue时，sigval_t指定的信息会拷贝到对应sig 注册的3参数信号处理函数的siginfo_t结构中，这样信号处理函数就可以处理这些信息了。由于sigqueue系统调用支持发送带参数信号，所以比kill()系统调用的功能要灵活和强大得多。
参考：http://www.cnblogs.com/runnyu/p/4641346.html
https://blog.csdn.net/men_wen/article/details/61204064
https://www.cnblogs.com/mickole/p/3191804.html