UNIX環境進階程式設計——信号基本概述和signal函數

一、為了了解信号，先從我們最熟悉的場景說起：

1. 使用者輸入指令，在Shell下啟動一個前台程序。

2. 使用者按下Ctrl-C，這個鍵盤輸入産生一個硬體中斷。

3. 如果CPU目前正在執行這個程序的代碼，則該程序的使用者空間代碼暫停執行，CPU從使用者态切換到核心态處理硬體中斷。

4. 終端驅動程式将Ctrl-C解釋成一個SIGINT信号，記在該程序的PCB中（也可以說發送了一個SIGINT信号給該程序）。

5. 當某個時刻要從核心傳回到該程序的使用者空間代碼繼續執行之前，首先處理PCB中記錄的信号，發現有一個SIGINT信号待處理，而這個信号的預設處理動作是終止程序，是以直接終止程序而不再傳回它的使用者空間代碼執行。

用kill -l指令可以察看系統定義的信号清單：

每個信号都有一個編号和一個宏定義名稱，這些宏定義可以在signal.h中找到，例如其中有定義#define SIGINT 2。編号34以上的是實時信号，這些信号各自在什麼條件下産生，預設的處理動作是什麼（Term表示終止目前程序，Core表示終止目前程序并且Core Dump，Ign表示忽略該信号，Stop表示停止目前程序，Cont表示繼續執行先前停止的程序），在signal(7)中都有詳細說明。

[1,31]       不可靠信号，多個信号不會排隊隻保留一個，即信号可能丢失。

[34,64]    可靠（實時信号），支援排隊信号不會丢失，可使用sigqueue發送信号，不像0~31有預設的定義。

二、産生信号的條件主要有：

1、使用者在終端按下某些鍵時，終端驅動程式會發送信号給前台程序，例如Ctrl-C産生SIGINT信号，Ctrl-\産生SIGQUIT信号，Ctrl-Z産生SIGTSTP信号。

2、硬體異常産生信号，這些條件由硬體檢測到并通知核心，然後核心向目前程序發送适當的信号。例如目前程序執行了除以0的指令，CPU的運算單元會産生異常，核心将這個異常解釋為SIGFPE信号發送給程序。

3、再比如目前程序通路了非法記憶體位址，MMU會産生異常，核心将這個異常解釋為SIGSEGV信号發送給程序。

4、一個程序調用kill(2)函數可以發送信号給另一個程序。

5、可以用kill(1)指令發送信号給某個程序，kill(1)指令也是調用kill(2)函數實作的，如果不明确指定信号則發送SIGTERM信号，該信号的預設處理動作是終止程序。

6、raise：給自己發送信号。raise(sig)等價于kill(getpid(), sig);

7、killpg：給程序組發送信号。killpg(pgrp, sig)等價于kill(-pgrp, sig);

8、sigqueue：給程序發送信号，支援排隊，可以附帶資訊。

9、當核心檢測到某種軟體條件發生時也可以通過信号通知程序，例如鬧鐘逾時産生SIGALRM信号，向讀端已關閉的管道寫資料時産生SIGPIPE信号。

三、使用者程式可以調用signal(2) / sigaction(2)函數告訴核心如何處理某種信号（若未注冊則按預設處理），可選的處理動作有三種：

1. 忽略此信号（SIG_IGN）。有兩個信号不能被忽略：SIGKILL和SIGSTOP。

2. 執行該信号的預設處理動作（SIG_DFL）。

3. 提供一個信号處理函數，要求核心在處理該信号時切換到使用者态執行這個處理函數，這種方式稱為捕捉（catch）一個信号。

四、信号與中斷的差別

信号與中斷的相似點：

（1）采用了相同的異步通信方式；

（2）當檢測出有信号或中斷請求時，都暫停正在執行的程式而轉去執行相應的處理程式；

（3）都在處理完畢後傳回到原來的斷點；

（4）對信号或中斷都可進行屏蔽。

信号與中斷的差別：

（1）中斷有優先級，而信号沒有優先級，所有的信号都是平等的；

（2）信号處理程式是在使用者态下運作的，而中斷處理程式是在核心态下運作；

（3）中斷響應是及時的，而信号響應通常都有較大的時間延遲。

五、signal(2) 信号注冊函數

typedef void (*__sighandler_t) (int);

#define SIG_ERR ((__sighandler_t) -1)

#define SIG_DFL ((__sighandler_t) 0)

#define SIG_IGN ((__sighandler_t) 1)

函數原型:

__sighandler_t signal(int signum, __sighandler_t handler);

參數

signal是一個帶signum和handler兩個參數的函數，準備捕捉或屏蔽的信号由參數signum給出，接收到指定信号時将要調用的函數由handler給出，handler這個函數必須有一個int類型的參數（即接收到的信号代碼），它本身的類型是void

handler也可以是兩個特殊值：SIG_IGN 屏蔽該信号；SIG_DFL    恢複預設行為。

傳回值：傳回先前的信号處理函數指針(注意不是handler），如果有錯誤則傳回SIG_ERR(-1)。

測試輸出如下：

    程式執行開始注冊了SIGINT信号的處理函數，故我們按下ctrl+c 并不會像往常一樣終止程式，隻是列印了recv a  sig = 2。接着按下回車，重新注冊了SIGINT的預設處理，此時再ctrl+c 程式就被終止了。

将程式中的 29 ～38 行 換成如下的表述：

     調用pause函數：将程序置為可中斷睡眠狀态。然後它調用schedule()，使linux程序排程器找到另一個程序來運作。pause使調用者程序挂起，直到一個信号被捕獲處理後函數才傳回。調用pause 的好處是在等待信号的時候讓出cpu，讓系統排程其他程序運作，而不是完全的死循環，當然這樣ctrl+c 就是始終終止不了程式，我們可以使用 ctrl+\ 産生SIGQUIT信号終止程式。

     事實上根據man手冊，signal 函數可移植性并不是很好，最好隻是用在SIG_DFL, SIG_IGN 上，注冊信号處理函數用sigaction 比較好。

注意：當一個程序調用fork時，其子程序繼承父程序的信号處理方式。