Linux 信号系统

• Linux 信号概述
  • 发送信号
  • 信号处理方式
• 信号函数
  • signal 系统调用
  • sigaction 系统调用
• 信号集
  • 信号集函数
  • 信号掩码
  • 被挂起的信号

Linux 的信号通信机制相关情况总结。主要包含信号概述，和一些实例。

Linux 信号概述

发送信号

• 通过 C 程序和 shell 都可以给进程发送信号，API 都是 kill。
• 其中 pid 用于标记获得信号的进程：
  • pid > 0 信号发送给 pid 进程
  • pid = 0 发送给本进程组的其他进程
  • pid = -1 发送给除 init 进程以外的所有进程，需要发送者拥有对目标进程发送信号的权限
  • pid < -1 发送给组 ID 为 -pid 的进程组其他所有成员
• sig 指代信号值。
• 特例：
  • sig = 0 则不发送信号，用于检测目标进程 pid 或目标进程组 -pid 是否存在。但由于进程 pid 回绕，可能导致检测的 pid 不是期望被检测进程，并且检测方法并不是原子操作。
• 返回值：
  • 成功返回0
  • 失败返回 -1，并设置 errno，其中 EINVAL 无效的信号，EPERM 没有发送信号给任意一个目标进程的权限，ESRCH 目标进程或进程组不存在。

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);

信号处理方式

• 目标进程在接收信号时，需要定义一个接收函数来处理信号，处理函数的原型如下：

#include <signal.h>
void (*signal(int signum, void (*handler))(int))(int);
// 或看作如下亦可
typedef void (* _sighandler_t)(int);
_sighandler_t signal(int signum, _sighandler_t handler));

• 一般将信号处理函数设计成可重入的，避免引发一些竞态条件。所以一般不调用不安全的函数。
• 除了自定义信号处理函数外，bits/signum.h 头文件中定义了两种其他处理方式，SIG_IGN 和 SIG_DEL，分别时忽略目标信号和默认处理方式。默认处理方式包括如下几种：结束进程 Term、忽略信号 Ign、结束进程并生成核心转储文件 Core、暂停进程 Stop 和 继续进程 Cont。
• 信号如表所示，其中信号值与系统指令集有关，除了一些常用的，有许多信号对应的信号值不一定相同。

其中 A：Term, B: Ign, C: Core, D: Stop, E: 不能捕捉信号, F: 不能被忽略。

信号函数

signal 系统调用

• 使用 signal 为信号设置处理函数
• sig 信号类型，_handler 函数指针，用于处理该类型信号的函数指针。
• 调用成功则返回前一次设置的函数指针 _handler 或默认处理函数指针 SIG_DEF，失败时返回 SIG_ERR，并设置 errno。

#include <signal.h>
_sighandler_t signal (int sig, _sighandler_t _handler);

sigaction 系统调用

• 更健壮的信号处理函数设置接口 sigaction
• sig 信号类型，act 信号的处理方式，oact 信号之前的处理方式。
• sigaction 成功返回 0，失败返回 -1。
• struct sigaction 结构体中 sa_hander 指定信号处理函数，sa_mask 成员设置进程的信号掩码，在原有掩码基础上增加掩码，指定某些信号不能发送给本进程。sa_flags 设置程序收到信号时的行为。
• sa_flags 中
  • SA_SIGINFO 使用 sa_sigaction 作为信号处理函数，而不是默认的 sa_handler，给进程提供更多信息。
  • SA_NOCLDSTOP 如果 sig = SIGCHLD，则设置该标志表示子进程暂停时不产生 SIGCHLD 信号
  • SA_NOCLDWAIT 如果 sig = SIGCHLD，则设置该标志表示子进程结束时不产生僵尸进程

#include <signal.h>

struct sigaction{
#ifdef __USE_POIX199309
  union{
    _sighandler_t sa_handler;
    void (*sa_sigaction) (int, siginfo_t*, void*);
  } __sigaction_handler;
#define sa_handler _sigaction_handler.sa_handler
#define sa_sigaction _sigaction_handler.sa_sigaction
#else
  _sighandler_t sa_handler;
#endif

  _sigset_t sa_mask;
  int sa_flags;
  void (*sa_restorer) (void); // 一般不使用
}

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

信号集

信号集函数

• Linux 中数据结构 sigset_t 来表示信号。

#include <bits/sigset.h>
#define _SIGSET_NWORDS (1024 / (8 * sizeof(unsigned long int)))
typedef struct{
  unsigned long int __val[_SIGSET_NWORDS];
} __sigset_t;

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t*_set);                   // 清空信号集
int sigfillset(sigset_t* _set);                   // 在信号集中设置所有信号
int sigaddset(sigset_t* _set, int _signo);        // 将信号 _signo 添加到信号集中
int sigdelete(sigset_t* _set, int _signo);        // 将信号 _signo 从信号集中删除
int sigismember(const sigset_t* _set, int _signo) // 判断 _signo 是否在信号集中

信号掩码

• sigaction 中的 sa_mask 对成员设置进程的信号掩码。
• 可利用函数 sigpromask 来查看和设置进程的信号掩码。
• _how 指定掩码设置方式
  • SIG_BLOCK 设置为当前值和 _set 指定信号集的并集
  • SIG_UNBLOCK 设置为当前值和 ~_set 指定信号集的交集
  • SIG_SETMASK 直接将进程信号掩码设置为 _set
• 特例：如果 _set == NULL，则掩码不变，但使用 _oset 参数获得当前的信号掩码。
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

#include <signal.h>
int sigpromask(int _how, const sigset_t* _set, sigset_t* _oset);

被挂起的信号

• 设置信号掩码后，被屏蔽的信号将不能被进程所接受，此时收到的被屏蔽的信号则作为进程一个被挂起的信号。
• 当取消对被挂起信号的屏蔽，则它能立即被进程接受。
• 可利用 sigpending 获得被挂起的信号集。用 set 进行存储被挂起的信号集，多个相同的被挂起的信号，只能被反映一次，所以使用 sigprocmask 使得被挂起信号变成可执行时，该信号的处理函数也只能被触发一次。
• sigpending 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

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