《Linux C编程实战》笔记：信号的捕捉和处理

Linux系统中对信号的处理主要由signal和sigaction函数来完成，另外还会介绍一个函数pause，它可以用来响应任何信号，不过不做任何处理

signal函数

#include <signal.h>
void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

可以分解为以下几个部分：

1. signal 是一个函数，它接受两个参数：signum 和 handler。
2. signum 是一个整数，表示信号的编号，例如 SIGINT 表示中断信号。
3. handler 是一个指向函数的指针，该函数负责处理收到的信号。

signal 函数返回一个函数指针，该指针指向之前注册的信号处理函数。

写成这样可能更好理解，我看我的系统里的源码也是长这样的：

#include<signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);

sighandler_t指的类型是一个函数指针，指向的函数是一个int类型参数，返回值为void类型。

signal会根据参数signum指定的信号编号来设置该信号的处理函数。当指定的信号到达时就会跳转到参数handler指定的函数执行。如果参数handler不是函数指针，则必须是常数SIG_IGN (忽略该信号)或SIG_DFL (对该信号执行默认操作)。handler 是一个函数指针，它所指向的函数的类型是sighandler t,即它所指向的函数有一个int型参数，且返回值的类型为void。

signal函数执行成功时返回以前的信号处理函数指针，当有错误发生时返回SIG_ERR(即-1)。

注意：SIGKILL和SIGSTOP这两个信号不能被捕捉或忽略。

示例程序1

该示例程序演示了signal的使用

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
void handler_sigint(int signo){
    printf("recv SIGINT\n");
}
int main(){
    if(signal(SIGINT,handler_sigint)==SIG_ERR){
        perror("Error setting signal handler");
        return 1;
    }
    while(1);
    return 0;
}

首先使用signal安装信号SIGINT的处理函数，然后进入死循环。当接收到SIGINT信号时，程序自动跳转到信号处理函数执行，打印出提示信息，然后返回主函数继续死循环。

SIGINT这个信号按Ctrl+C就可以产生了，信号的介绍可看前一篇《Linux C编程实战》笔记：Linux信号介绍-CSDN博客

执行结果如下：

最后按下Ctrl+\组合键向进程发送SIGQUIT信号。由于程序本身没有处理SIGQUIT信号，按照默认处理方式，进程退出。

sigaction函数

sigaction函数可以用来检查或设置进程在接收信号时的动作。函数原型如下

#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

参数说明：

• signum: 要处理的信号编号。
• act: 一个指向 struct sigaction 结构的指针，指定新的信号处理方式。
• oldact: 一个指向 struct sigaction 结构的指针，用于存储之前的信号处理方式。

sigaction会根据参数signum指定的信号编号来设置信号的处理函数。参数signum可以是SIGKILL和SIGSTOP以外的任何信号。如果参数act不是空指针，则为signum设置新的信号处理函数；如果oldact不是空指针，则旧的信号处理函数将被存储在oldact中。struct sigaction的定义如下：

struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int);
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    sigset_t   sa_mask;
    int        sa_flags;
    void     (*sa_restorer)(void);
};

其中，sa_handler 是用于指定信号处理函数的指针，sa_mask 是一个信号集，用于指定在信号处理函数执行期间要阻塞的信号，sa_flags 是用于设置信号处理的一些标志，sa_restorer 是用于指定一个恢复函数。

sa_handler和sa_sigaction在某些体系结构上被定义为共用体，即这两个值在某一时刻只有一个有效。
数据成员sa_restorer 已经作废，不再使用，POSIX标准也不支持该数据成员。
sa_handler可以是常数SIG_DFL或SIG_IGN,或者是一个信号处理函数的函数名。信号处理函数只
有一个参数即信号编号。该参数和参数sa_sigaction实际上都是函数指针。

sa_ sigaction也是用来指定信号signum的处理函数，但是它有3个参数，第一个参数是信号编号;
第二个参数是一个指向siginfo_t结构的指针;第三个参数是一个指向任何类型的指针，一般不使用。

sa_mask成员声明了一个信号集，在调用信号捕捉函数之前，该信号集会增加到进程的信号屏蔽码中，新的信号屏蔽码会自动包括正在处理的信号(sa_flags未指定SA_NODEFER或SA_NOMASK).当从信号捕捉函数返回时，进程的信号屏蔽码会恢复为原来的值。因此，当处理一个给定的信号时，如果这种信号再次发生，那么它会被阻塞直到本次信号处理结束为止。若这种信号发生了多次，则对于不可靠信号，它只会被阻塞一次， 即本次信号处理结束以后只会再处理一次(相当于丢失了信号);对于可靠信号(实时信号),则会被阻塞多次，即信号不会丢失，信号发生了多少次就会调用信号处理函数多少次。

sa_flags成员用来说明信号处理的一些其他相关操作。

这个字段的取值可以是以下几个常量之一，或者它们的按位组合：

1. SA_RESETHAND或SA_ONESHOT: 信号处理程序执行一次后，就恢复为默认的处理方式（SIG_DFL），即重新设置为系统默认的信号处理函数。这样，下次再接收到相同信号时，会再次调用用户设置的处理函数。

2. SA_RESTART: 如果系统调用由信号中断，那么自动重启该系统调用。这通常用于防止由信号中断的系统调用在中断后不会继续执行，而是返回错误。

3. SA_NODEFER或SA_NOMASK: 在信号处理程序执行期间，不阻塞同样的信号。也就是说，如果进程在执行信号处理程序时再次收到相同的信号，处理程序会被再次调用。默认情况下，执行信号处理程序时，相同的信号会被阻塞，直到处理完成。

4. SA_NOCLDSTOP: 如果设置了这个标志，子进程的停止状态（stopped）不会生成 SIGCHLD 信号。通常，当子进程停止或继续执行时，会发送 SIGCHLD 信号给父进程。

5. SA_SIGINFO: 如果设置了这个标志，信号处理程序是 sa_sigaction 而不是 sa_handler。sa_sigaction 允许更多的信息传递给信号处理程序。

这些标志可以通过按位或（|）的方式组合使用。

当使用三参数的sa_sigaction来指定信号处理函数时，它的第二个参数可以用来传递数据，其定义如下：

#include <signal.h>

struct siginfo_t {
    int      si_signo;      // 信号编号
    int      si_errno;      // 与信号相关的错误编号
    int      si_code;       // 信号代码
    pid_t    si_pid;        // 发送信号的进程ID
    uid_t    si_uid;        // 发送信号的用户ID
    int      si_status;     // 子进程的退出状态或信号
    clock_t  si_utime;      // 用户态运行时间
    clock_t  si_stime;      // 内核态运行时间
    sigval_t si_value;      // 信号值
    int      si_int;        // 附加的整数值
    void*    si_ptr;        // 附加的指针值
    int      si_overrun;    // 未处理的timer信号的数量
    int      si_timerid;    // 产生timer信号的timer ID
    void*    si_addr;       // 发生错误的内存地址
    long     si_band;       // 通用的事件描述
    int      si_fd;         // 文件描述符
    short    si_addr_lsb;   // 最低有效字节的地址
    int      si_tid;        // 产生signal的线程ID
    struct {
        int  si_trapno;      // 陷阱的编号
        short si_addr_lsb;   // 最低有效字节的地址（覆盖si_addr_lsb）
    } si_perfdata;
};

其中，所有的信号都有si_signo、si_errno和si_code 这3个数据成员，分别表示信号编号，errno值和信号产生的原因。其他成员则根据信号的不同含有不同的意义，接收信号的进程只能读这些成员的值，而不能进行设置。si_int 和si_ptr 可以用来传递数据，后面会演示其用法。其余的数据成员则根据不同的信号存在不同的组合，了解即可。

sigaction函数执行成功时返回0，当有错误发生时返回-1，错误代码存入errno。

注意：Linux下signal函数是由sigaction实现的。

示例程序2

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
int temp=0;
void handler_sigint(int signo){
    printf("\nrecv SIGINT\n");
    sleep(5);
    temp+=1;
    printf("the value of temp is:%d\n",temp);
    printf("in handler_sigint,after sleep\n");
}
int main(){
    struct sigaction act;
    act.sa_handler=handler_sigint;
    act.sa_flags=SA_NOMASK;//允许嵌套
    sigaction(SIGINT,&act,nullptr);
    while (1);
    return 0;
}

运行结果

主要看第二和第三次按下Ctrl+C。我们设置的是按下Ctrl+C时，信号的处理函数会睡5s，第三次Ctrl+C正是在这5s内按下的，由于我们设定了sa_flags的值为SA_NOMASK，因此程序又一次响应了SIGINT，程序从sleep()处嵌套调用信号处理函数handler_sigint,再一次打印出"recv SIGINT",睡眠5s后，将temp的值打印出来并返回到本次信号处理程序的跳入点sleep()处，然后再打印出temo的值并返回到主函数。

从程序执行可以看到，temp 的值随着信号处理函数被调用的次数的增加而递增，而由于实际应用中信号总是随机发生的，这样temp的值也会随机变化。如果main函数或其他地方还用到了这个全局变量，则程序将产生不可预料的结果。我们称这种数据会被破坏的函数为不可重入函数。编写信号处理程序时要注意不要使用不可重入函数。一般来说，满足下列条件之一的函数是不可重入的。

使用了静态的数据结构，如getgrgid()，全局变量等。
函数实现时，调用了malloc或者 free函数。
函数实现时，使用了标准I/O函数。

?将程序中的SA_NOMASK这一行去掉，重新编译运行，执行时快速按下Ctrl+c三次以上，结果如下

可以看到确实按了三次Ctrl+c，但是函数只执行了两次，因为SIGINT是不可靠信号，不可靠信号不支持排队，从而有可能丢失信号。第三个信号就丢失了。

pause函数

pause函数使调用进程挂起直至捕捉到一个信号

#include<unistd.h>
int pause(void);

pause函数会令目前的进程暂停，知道被信号所中断。该函数只返回-1并将errno设置为EINTR。