Linux信號(hào)處理機(jī)制 - 全文

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　　信號(hào)處理是進(jìn)程間進(jìn)行通信的唯一的一種異步方式。

　　一、信號(hào)及信號(hào)來(lái)源

　　信號(hào)本質(zhì)

　　信號(hào)是在軟件層次上對(duì)中斷機(jī)制的一種模擬，在原理上，一個(gè)進(jìn)程收到一個(gè)信號(hào)與處理器收到一個(gè)中斷請(qǐng)求可以說(shuō)是一樣的。信號(hào)是異步的，一個(gè)進(jìn)程不必通過(guò)任何操作來(lái)等待信號(hào)的到達(dá)，事實(shí)上，進(jìn)程也不知道信號(hào)到底什么時(shí)候到達(dá)。

　　信號(hào)是進(jìn)程間通信機(jī)制中唯一的異步通信機(jī)制，可以看作是異步通知，通知接收信號(hào)的進(jìn)程有哪些事情發(fā)生了。信號(hào)機(jī)制經(jīng)過(guò)POSIX實(shí)時(shí)擴(kuò)展后，功能更加強(qiáng)大，除了基本通知功能外，還可以傳遞附加信息。

　　信號(hào)來(lái)源

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

　　二、信號(hào)的種類

　　可以從兩個(gè)不同的分類角度對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類：(1)可靠性方面：可靠信號(hào)與不可靠信號(hào);(2)與時(shí)間的關(guān)系上：實(shí)時(shí)信號(hào)與非實(shí)時(shí)信號(hào)。在《Linux環(huán)境進(jìn)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(hào)。

　　1、可靠信號(hào)與不可靠信號(hào)

　　"不可靠信號(hào)"

　　Linux信號(hào)機(jī)制基本上是從Unix系統(tǒng)中繼承過(guò)來(lái)的。早期Unix系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)制比較簡(jiǎn)單和原始，后來(lái)在實(shí)踐中暴露出一些問(wèn)題，因此，把那些建立在早期機(jī)制上的信號(hào)叫做"不可靠信號(hào)"，信號(hào)值小于SIGRTMIN(Red hat7.2中，SIGRTMIN=32，SIGRTMAX=63)的信號(hào)都是不可靠信號(hào)。這就是"不可靠信號(hào)"的來(lái)源。它的主要問(wèn)題是：

　　進(jìn)程每次處理信號(hào)后，就將對(duì)信號(hào)的響應(yīng)設(shè)置為默認(rèn)動(dòng)作。在某些情況下，將導(dǎo)致對(duì)信號(hào)的錯(cuò)誤處理;因此，用戶如果不希望這樣的操作，那么就要在信號(hào)處理函數(shù)結(jié)尾再一次調(diào)用signal()，重新安裝該信號(hào)。

　　信號(hào)可能丟失，后面將對(duì)此詳細(xì)闡述。

　　因此，早期unix下的不可靠信號(hào)主要指的是進(jìn)程可能對(duì)信號(hào)做出錯(cuò)誤的反應(yīng)以及信號(hào)可能丟失。

　　Linux支持不可靠信號(hào)，但是對(duì)不可靠信號(hào)機(jī)制做了改進(jìn)：在調(diào)用完信號(hào)處理函數(shù)后，不必重新調(diào)用該信號(hào)的安裝函數(shù)(信號(hào)安裝函數(shù)是在可靠機(jī)制上的實(shí)現(xiàn))。因此，Linux下的不可靠信號(hào)問(wèn)題主要指的是信號(hào)可能丟失。

　　"可靠信號(hào)"

　　隨著時(shí)間的發(fā)展，實(shí)踐證明了有必要對(duì)信號(hào)的原始機(jī)制加以改進(jìn)和擴(kuò)充。所以，后來(lái)出現(xiàn)的各種Unix版本分別在這方面進(jìn)行了研究，力圖實(shí)現(xiàn)"可靠信號(hào)"。由于原來(lái)定義的信號(hào)已有許多應(yīng)用，不好再做改動(dòng)，最終只好又新增加了一些信號(hào)，并在一開(kāi)始就把它們定義為可靠信號(hào)，這些信號(hào)支持排隊(duì)，不會(huì)丟失。同時(shí)，信號(hào)的發(fā)送和安裝也出現(xiàn)了新版本：信號(hào)發(fā)送函數(shù)sigqueue()及信號(hào)安裝函數(shù)sigaction()。POSIX.4對(duì)可靠信號(hào)機(jī)制做了標(biāo)準(zhǔn)化。但是，POSIX只對(duì)可靠信號(hào)機(jī)制應(yīng)具有的功能以及信號(hào)機(jī)制的對(duì)外接口做了標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)信號(hào)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)沒(méi)有作具體的規(guī)定。

　　信號(hào)值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之間的信號(hào)都是可靠信號(hào)，可靠信號(hào)克服了信號(hào)可能丟失的問(wèn)題。Linux在支持新版本的信號(hào)安裝函數(shù)sigation()以及信號(hào)發(fā)送函數(shù)sigqueue()的同時(shí)，仍然支持早期的signal()信號(hào)安裝函數(shù)，支持信號(hào)發(fā)送函數(shù)kill()。

　　注：不要有這樣的誤解：由sigqueue()發(fā)送、sigaction安裝的信號(hào)就是可靠的。事實(shí)上，可靠信號(hào)是指后來(lái)添加的新信號(hào)(信號(hào)值位于SIGRTMIN及SIGRTMAX之間);不可靠信號(hào)是信號(hào)值小于SIGRTMIN的信號(hào)。信號(hào)的可靠與不可靠只與信號(hào)值有關(guān)，與信號(hào)的發(fā)送及安裝函數(shù)無(wú)關(guān)。目前l(fā)inux中的signal()是通過(guò)sigation()函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，因此，即使通過(guò)signal()安裝的信號(hào)，在信號(hào)處理函數(shù)的結(jié)尾也不必再調(diào)用一次信號(hào)安裝函數(shù)。同時(shí)，由signal()安裝的實(shí)時(shí)信號(hào)支持排隊(duì)，同樣不會(huì)丟失。

　　對(duì)于目前l(fā)inux的兩個(gè)信號(hào)安裝函數(shù):signal()及sigaction()來(lái)說(shuō)，它們都不能把SIGRTMIN以前的信號(hào)變成可靠信號(hào)(都不支持排隊(duì)，仍有可能丟失，仍然是不可靠信號(hào))，而且對(duì)SIGRTMIN以后的信號(hào)都支持排隊(duì)。這兩個(gè)函數(shù)的最大區(qū)別在于，經(jīng)過(guò)sigaction安裝的信號(hào)都能傳遞信息給信號(hào)處理函數(shù)(對(duì)所有信號(hào)這一點(diǎn)都成立)，而經(jīng)過(guò)signal安裝的信號(hào)卻不能向信號(hào)處理函數(shù)傳遞信息。對(duì)于信號(hào)發(fā)送函數(shù)來(lái)說(shuō)也是一樣的.

　　五、信號(hào)的安裝(設(shè)置信號(hào)關(guān)聯(lián)動(dòng)作)

　　如果進(jìn)程要處理某一信號(hào)，那么就要在進(jìn)程中安裝該信號(hào)。安裝信號(hào)主要用來(lái)確定信號(hào)值及進(jìn)程針對(duì)該信號(hào)值的動(dòng)作之間的映射關(guān)系，即進(jìn)程將要處理哪個(gè)信號(hào);該信號(hào)被傳遞給進(jìn)程時(shí)，將執(zhí)行何種操作。

　　linux主要有兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的安裝：signal()、sigaction()。其中signal()在可靠信號(hào)系統(tǒng)調(diào)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn),是庫(kù)函數(shù)。它只有兩個(gè)參數(shù)，不支持信號(hào)傳遞信息，主要是用于前32種非實(shí)時(shí)信號(hào)的安裝;而sigaction()是較新的函數(shù)(由兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)：sys_signal以及sys_rt_sigaction)，有三個(gè)參數(shù)，支持信號(hào)傳遞信息，主要用來(lái)與 sigqueue()系統(tǒng)調(diào)用配合使用，當(dāng)然，sigaction()同樣支持非實(shí)時(shí)信號(hào)的安裝。sigaction()優(yōu)于signal()主要體現(xiàn)在支持信號(hào)帶有參數(shù)。

　　1、signal()

　　#include

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

　　如果該函數(shù)原型不容易理解的話，可以參考下面的分解方式來(lái)理解：

　　typedef void (*sighandler_t)(int);

　　sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler));

　　第一個(gè)參數(shù)指定信號(hào)的值，第二個(gè)參數(shù)指定針對(duì)前面信號(hào)值的處理，可以忽略該信號(hào)(參數(shù)設(shè)為SIG_IGN);可以采用系統(tǒng)默認(rèn)方式處理信號(hào)(參數(shù)設(shè)為SIG_DFL);也可以自己實(shí)現(xiàn)處理方式(參數(shù)指定一個(gè)函數(shù)地址)。

　　如果signal()調(diào)用成功，返回最后一次為安裝信號(hào)signum而調(diào)用signal()時(shí)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(shù)用于改變進(jìn)程接收到特定信號(hào)后的行為。該函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)為信號(hào)的值，可以為除SIGKILL及SIGSTOP外的任何一個(gè)特定有效的信號(hào)(為這兩個(gè)信號(hào)定義自己的處理函數(shù)，將導(dǎo)致信號(hào)安裝錯(cuò)誤)。第二個(gè)參數(shù)是指向結(jié)構(gòu)sigaction的一個(gè)實(shí)例的指針，在結(jié)構(gòu)sigaction的實(shí)例中，指定了對(duì)特定信號(hào)的處理，可以為空，進(jìn)程會(huì)以缺省方式對(duì)信號(hào)處理;第三個(gè)參數(shù)oldact指向的對(duì)象用來(lái)保存原來(lái)對(duì)相應(yīng)信號(hào)的處理，可指定oldact為NULL。如果把第二、第三個(gè)參數(shù)都設(shè)為NULL，那么該函數(shù)可用于檢查信號(hào)的有效性。

　　第二個(gè)參數(shù)最為重要，其中包含了對(duì)指定信號(hào)的處理、信號(hào)所傳遞的信息、信號(hào)處理函數(shù)執(zhí)行過(guò)程中應(yīng)屏蔽掉哪些函數(shù)等等。

　　參數(shù)結(jié)構(gòu)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(shù)和signal()的參數(shù)handler相同，代表新的信號(hào)處理函數(shù)，其他意義請(qǐng)參考signal()。

　　sa_mask 用來(lái)設(shè)置在處理該信號(hào)時(shí)暫時(shí)將sa_mask 指定的信號(hào)擱置。

　　sa_restorer 此參數(shù)沒(méi)有使用。

　　sa_flags 用來(lái)設(shè)置信號(hào)處理的其他相關(guān)操作，下列的數(shù)值可用。

　　OR 運(yùn)算(|)組合

　　A_NOCLDSTOP : 如果參數(shù)signum為SIGCHLD，則當(dāng)子進(jìn)程暫停時(shí)并不會(huì)通知父進(jìn)程

　　SA_ONESHOT/SA_RESETHAND:當(dāng)調(diào)用新的信號(hào)處理函數(shù)前，將此信號(hào)處理方式改為系統(tǒng)預(yù)設(shè)的方式。

　　SA_RESTART:被信號(hào)中斷的系統(tǒng)調(diào)用會(huì)自行重啟

　　SA_NOMASK/SA_NODEFER:在處理此信號(hào)未結(jié)束前不理會(huì)此信號(hào)的再次到來(lái)。

　　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(shù)初始化信號(hào)集合set,將set設(shè)置為空.sigfillset也初始化信號(hào)集合,只是將信號(hào)集合設(shè)置為所有信號(hào)的集合.sigaddset將信號(hào)signo加入到信號(hào)集合之中,sigdelset將信號(hào)從信號(hào)集合中刪除.sigismember查詢信號(hào)是否在信號(hào)集合之中.

　　sigprocmask是最為關(guān)鍵的一個(gè)函數(shù).在使用之前要先設(shè)置好信號(hào)集合set.這個(gè)函數(shù)的作用是將指定的信號(hào)集合set加入到進(jìn)程的信號(hào)阻塞集合之中去,如果提供了oset那么當(dāng)前的進(jìn)程信號(hào)阻塞集合將會(huì)保存在oset里面.參數(shù)how決定函數(shù)的操作方式.

　　SIG_BLOCK:增加一個(gè)信號(hào)集合到當(dāng)前進(jìn)程的阻塞集合之中.

　　SIG_UNBLOCK:從當(dāng)前的阻塞集合之中刪除一個(gè)信號(hào)集合.

　　SIG_SETMASK:將當(dāng)前的信號(hào)集合設(shè)置為信號(hào)阻塞集合.