Linux信號處理機制 - 全文

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　　信號處理是進程間進行通信的唯一的一種異步方式。

　　一、信號及信號來源

　　信號本質

　　信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬，在原理上，一個進程收到一個信號與處理器收到一個中斷請求可以說是一樣的。信號是異步的，一個進程不必通過任何操作來等待信號的到達，事實上，進程也不知道信號到底什么時候到達。

　　信號是進程間通信機制中唯一的異步通信機制，可以看作是異步通知，通知接收信號的進程有哪些事情發(fā)生了。信號機制經過POSIX實時擴展后，功能更加強大，除了基本通知功能外，還可以傳遞附加信息。

　　信號來源

　　信號事件的發(fā)生有兩個來源：硬件來源(比如我們按下了鍵盤或者其它硬件故障);軟件來源，最常用發(fā)送信號的系統(tǒng)函數是kill, raise, alarm和setitimer以及sigqueue函數，軟件來源還包括一些非法運算等操作。

　　二、信號的種類

　　可以從兩個不同的分類角度對信號進行分類：(1)可靠性方面：可靠信號與不可靠信號;(2)與時間的關系上：實時信號與非實時信號。在《Linux環(huán)境進程間通信(一)：管道及有名管道》的附1中列出了系統(tǒng)所支持的所有信號。

　　1、可靠信號與不可靠信號

　　"不可靠信號"

　　Linux信號機制基本上是從Unix系統(tǒng)中繼承過來的。早期Unix系統(tǒng)中的信號機制比較簡單和原始，后來在實踐中暴露出一些問題，因此，把那些建立在早期機制上的信號叫做"不可靠信號"，信號值小于SIGRTMIN(Red hat7.2中，SIGRTMIN=32，SIGRTMAX=63)的信號都是不可靠信號。這就是"不可靠信號"的來源。它的主要問題是：

　　進程每次處理信號后，就將對信號的響應設置為默認動作。在某些情況下，將導致對信號的錯誤處理;因此，用戶如果不希望這樣的操作，那么就要在信號處理函數結尾再一次調用signal()，重新安裝該信號。

　　信號可能丟失，后面將對此詳細闡述。

　　因此，早期unix下的不可靠信號主要指的是進程可能對信號做出錯誤的反應以及信號可能丟失。

　　Linux支持不可靠信號，但是對不可靠信號機制做了改進：在調用完信號處理函數后，不必重新調用該信號的安裝函數(信號安裝函數是在可靠機制上的實現)。因此，Linux下的不可靠信號問題主要指的是信號可能丟失。

　　"可靠信號"

　　隨著時間的發(fā)展，實踐證明了有必要對信號的原始機制加以改進和擴充。所以，后來出現的各種Unix版本分別在這方面進行了研究，力圖實現"可靠信號"。由于原來定義的信號已有許多應用，不好再做改動，最終只好又新增加了一些信號，并在一開始就把它們定義為可靠信號，這些信號支持排隊，不會丟失。同時，信號的發(fā)送和安裝也出現了新版本：信號發(fā)送函數sigqueue()及信號安裝函數sigaction()。POSIX.4對可靠信號機制做了標準化。但是，POSIX只對可靠信號機制應具有的功能以及信號機制的對外接口做了標準化，對信號機制的實現沒有作具體的規(guī)定。

　　信號值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之間的信號都是可靠信號，可靠信號克服了信號可能丟失的問題。Linux在支持新版本的信號安裝函數sigation()以及信號發(fā)送函數sigqueue()的同時，仍然支持早期的signal()信號安裝函數，支持信號發(fā)送函數kill()。

　　注：不要有這樣的誤解：由sigqueue()發(fā)送、sigaction安裝的信號就是可靠的。事實上，可靠信號是指后來添加的新信號(信號值位于SIGRTMIN及SIGRTMAX之間);不可靠信號是信號值小于SIGRTMIN的信號。信號的可靠與不可靠只與信號值有關，與信號的發(fā)送及安裝函數無關。目前l(fā)inux中的signal()是通過sigation()函數實現的，因此，即使通過signal()安裝的信號，在信號處理函數的結尾也不必再調用一次信號安裝函數。同時，由signal()安裝的實時信號支持排隊，同樣不會丟失。

　　對于目前l(fā)inux的兩個信號安裝函數:signal()及sigaction()來說，它們都不能把SIGRTMIN以前的信號變成可靠信號(都不支持排隊，仍有可能丟失，仍然是不可靠信號)，而且對SIGRTMIN以后的信號都支持排隊。這兩個函數的最大區(qū)別在于，經過sigaction安裝的信號都能傳遞信息給信號處理函數(對所有信號這一點都成立)，而經過signal安裝的信號卻不能向信號處理函數傳遞信息。對于信號發(fā)送函數來說也是一樣的.

　　五、信號的安裝(設置信號關聯動作)

　　如果進程要處理某一信號，那么就要在進程中安裝該信號。安裝信號主要用來確定信號值及進程針對該信號值的動作之間的映射關系，即進程將要處理哪個信號;該信號被傳遞給進程時，將執(zhí)行何種操作。

　　linux主要有兩個函數實現信號的安裝：signal()、sigaction()。其中signal()在可靠信號系統(tǒng)調用的基礎上實現,是庫函數。它只有兩個參數，不支持信號傳遞信息，主要是用于前32種非實時信號的安裝;而sigaction()是較新的函數(由兩個系統(tǒng)調用實現：sys_signal以及sys_rt_sigaction)，有三個參數，支持信號傳遞信息，主要用來與 sigqueue()系統(tǒng)調用配合使用，當然，sigaction()同樣支持非實時信號的安裝。sigaction()優(yōu)于signal()主要體現在支持信號帶有參數。

　　1、signal()

　　#include

　　void (*signal(int signum, void (*handler))(int)))(int);

　　如果該函數原型不容易理解的話，可以參考下面的分解方式來理解：

　　typedef void (*sighandler_t)(int);

　　sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler));

　　第一個參數指定信號的值，第二個參數指定針對前面信號值的處理，可以忽略該信號(參數設為SIG_IGN);可以采用系統(tǒng)默認方式處理信號(參數設為SIG_DFL);也可以自己實現處理方式(參數指定一個函數地址)。

　　如果signal()調用成功，返回最后一次為安裝信號signum而調用signal()時的handler值;失敗則返回SIG_ERR。

　　2、sigaction()

　　#include

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

　　sigaction函數用于改變進程接收到特定信號后的行為。該函數的第一個參數為信號的值，可以為除SIGKILL及SIGSTOP外的任何一個特定有效的信號(為這兩個信號定義自己的處理函數，將導致信號安裝錯誤)。第二個參數是指向結構sigaction的一個實例的指針，在結構sigaction的實例中，指定了對特定信號的處理，可以為空，進程會以缺省方式對信號處理;第三個參數oldact指向的對象用來保存原來對相應信號的處理，可指定oldact為NULL。如果把第二、第三個參數都設為NULL，那么該函數可用于檢查信號的有效性。

　　第二個參數最為重要，其中包含了對指定信號的處理、信號所傳遞的信息、信號處理函數執(zhí)行過程中應屏蔽掉哪些函數等等。

　　參數結構sigaction定義如下

　　struct sigaction

　　{

　　void (*sa_handler) (int);

　　sigset_t sa_mask;

　　int sa_flags;

　　void (*sa_restorer) (void);

　　}

　　sa_handler此參數和signal()的參數handler相同，代表新的信號處理函數，其他意義請參考signal()。

　　sa_mask 用來設置在處理該信號時暫時將sa_mask 指定的信號擱置。

　　sa_restorer 此參數沒有使用。

　　sa_flags 用來設置信號處理的其他相關操作，下列的數值可用。

　　OR 運算(|)組合

　　A_NOCLDSTOP : 如果參數signum為SIGCHLD，則當子進程暫停時并不會通知父進程

　　SA_ONESHOT/SA_RESETHAND:當調用新的信號處理函數前，將此信號處理方式改為系統(tǒng)預設的方式。

　　SA_RESTART:被信號中斷的系統(tǒng)調用會自行重啟

　　SA_NOMASK/SA_NODEFER:在處理此信號未結束前不理會此信號的再次到來。

　　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 sigismember(sigset_t *set,int signo);

　　int sigprocmask(int how,const sigset_t *set,sigset_t *oset);

　　sigemptyset函數初始化信號集合set,將set設置為空.sigfillset也初始化信號集合,只是將信號集合設置為所有信號的集合.sigaddset將信號signo加入到信號集合之中,sigdelset將信號從信號集合中刪除.sigismember查詢信號是否在信號集合之中.

　　sigprocmask是最為關鍵的一個函數.在使用之前要先設置好信號集合set.這個函數的作用是將指定的信號集合set加入到進程的信號阻塞集合之中去,如果提供了oset那么當前的進程信號阻塞集合將會保存在oset里面.參數how決定函數的操作方式.

　　SIG_BLOCK:增加一個信號集合到當前進程的阻塞集合之中.

　　SIG_UNBLOCK:從當前的阻塞集合之中刪除一個信號集合.

　　SIG_SETMASK:將當前的信號集合設置為信號阻塞集合.