第6章 訊號和訊號處理

6.1訊號和中斷

訊號：發給程序的請求，將程序從正常執行轉移到中斷處理。
中斷：是從I/O裝置或協處理器傳送到CPU的外部請求，它將CPU從正常執行轉移到中斷處理。
“中斷”是傳送給“程序”的事件，它將“程序”從正常活動轉移到其他活動，稱為“中斷處理”。“程序”可在完成“中斷”處理後恢復正常活動。
終端主要有以下幾種型別:

• 1、人員中斷
• 2、程序中斷
• 3、硬體中斷
• 4、程序的陷阱錯誤

Unix/Linux的訊號處理

（1）按Ctrl+C組合鍵通常會導致當前執行的程序終止。原因如下：Ctrl+C組合鍵會生成一個鍵盤硬體中斷。鍵盤中斷處理程式將Ctrl+C組合鍵轉換為SIGINT(2)訊號，傳送給終端上的所有程序，並喚醒等待鍵盤輸入的程序。在核心模式下,每個程序都要檢查和處理未完成的訊號。程序對大多數訊號的預設操作是呼叫核心的kexit(exitValue)函式來終止。在Linux中，exitValue的低位位元組是導致程序終止的訊號編號。
（2）使用者可使用nohup a.out &命令在後臺執行一個程式。即使在使用者退出後，程序仍將繼續執行。
（3）使用者再次登入時也許會發現(通過ps-u LTD)後臺程序仍在執行。使用者可以使用sh命令kill pid (or kill -s 9 pid)殺死該程序。

訊號處理函式

每一個程序塊都有一個訊號處理陣列int sig【32】。sig[32]陣列的每個條目都指定了如何處理相應的訊號，其中0表示DEFault（預設），1表示 IGNore(忽略)。下圖給出了訊號位向量、遮蔽位向量和訊號處理函式。

如果訊號位向量中的位I為1,則會生成一個訊號I或將其傳送給程序。如果遮蔽位向量的位I為1,則訊號會被阻塞或遮蔽。否則，訊號未被阻塞。只有當訊號存在並且未被阻塞時，訊號才會生效或傳遞給程序。

訊號的傳送

傳送訊號的主要函式有：kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。
1、kill()

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

引數pid的值 訊號的接收程序
pid>0 程序ID為pid的程序
pid=0 同一個程序組的程序
pid<0 pid!=-1 程序組ID為 -pid的所有程序
pid=-1 除傳送程序自身外，所有程序ID大於1的程序
Sinno是訊號值，當為0時（即空訊號），實際不傳送任何訊號，但照常進行錯誤檢查，因此，可用於檢查目標程序是否存在，以及當前程序是否具有向目標傳送訊號的許可權（root許可權的程序可以向任何程序傳送訊號，非root許可權的程序只能向屬於同一個session或者同一個使用者的程序傳送訊號）。

Kill()最常用於pid>0時的訊號傳送，呼叫成功返回 0； 否則，返回 -1。 注：對於pid<0時的情況，對於哪些程序將接受訊號，各種版本說法不一，其實很簡單，參閱核心原始碼kernal/signal.c即可，上表中的規則是參考red hat 7.2。

2、raise（）

#include <signal.h>
int raise(int signo)

向程序本身傳送訊號，引數為即將傳送的訊號值。呼叫成功返回 0；否則，返回 -1。

3、sigqueue()

#include <sys/types.h>
#include <signal.h> 
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval val)

呼叫成功返回 0；否則，返回 -1。

sigqueue()是比較新的傳送訊號系統呼叫，主要是針對實時訊號提出的（當然也支援前32種），支援訊號帶有引數，與函式sigaction()配合使用。

sigqueue的第一個引數是指定接收訊號的程序ID，第二個引數確定即將傳送的訊號，第三個引數是一個聯合資料結構union sigval，指定了訊號傳遞的引數，即通常所說的4位元組值。
typedef union sigval { int sival_int; void *sival_ptr; }sigval_t;
sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加資訊，但sigqueue()只能向一個程序傳送訊號，而不能傳送訊號給一個程序組。如果signo=0，將會執行錯誤檢查，但實際上不傳送任何訊號，0值訊號可用於檢查pid的有效性以及當前程序是否有許可權向目標程序傳送訊號。

在呼叫sigqueue時，sigval_t指定的資訊會拷貝到3引數訊號處理函式（3引數訊號處理函式指的是訊號處理函式由sigaction安裝，並設定了sa_sigaction指標，稍後將闡述）的siginfo_t結構中，這樣訊號處理函式就可以處理這些資訊了。由於sigqueue系統呼叫支援傳送帶引數訊號，所以比kill()系統呼叫的功能要靈活和強大得多。

注：sigqueue（）傳送非實時訊號時，第三個引數包含的資訊仍然能夠傳遞給訊號處理函式； sigqueue（）傳送非實時訊號時，仍然不支援排隊，即在訊號處理函式執行過程中到來的所有相同訊號，都被合併為一個訊號。

4、alarm（)

#include <unistd.h> 
unsigned int alarm(unsigned int seconds) 

專門為SIGALRM訊號而設，在指定的時間seconds秒後，將向程序本身傳送SIGALRM訊號，又稱為鬧鐘時間。程序呼叫alarm後，任何以前的alarm()呼叫都將無效。如果引數seconds為零，那麼程序內將不再包含任何鬧鐘時間。
返回值，如果呼叫alarm（）前，程序中已經設定了鬧鐘時間，則返回上一個鬧鐘時間的剩餘時間，否則返回0。

5、setitimer（)

#include <sys/time.h> 
int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue)); 

setitimer()比alarm功能強大，支援3種類型的定時器：

ITIMER_REAL： 設定絕對時間；經過指定的時間後，核心將傳送SIGALRM訊號給本程序；
ITIMER_VIRTUAL 設定程式執行時間；經過指定的時間後，核心將傳送SIGVTALRM訊號給本程序；
ITIMER_PROF 設定程序執行以及核心因本程序而消耗的時間和，經過指定的時間後，核心將傳送ITIMER_VIRTUAL訊號給本程序；
Setitimer()第一個引數which指定定時器型別（上面三種之一）；第二個引數是結構itimerval的一個例項，結構itimerval形式見附錄1。第三個引數可不做處理。

Setitimer()呼叫成功返回0，否則返回-1。

6、abort()

#include <stdlib.h> 
void abort(void);

向程序傳送SIGABORT訊號，預設情況下程序會異常退出，當然可定義自己的訊號處理函式。即使SIGABORT被程序設定為阻塞訊號，呼叫abort()後，SIGABORT仍然能被程序接收。該函式無返回值。

訊號捕捉函式

程序可使用系統呼叫：int r =signal(int signal_numberr void *handler);來修改選定訊號編號的處理函式，SIGKILL(19)除外，它們不能修改。signal()系統呼叫在所有類Unix系統中均可用，但它有一些缺點：

• 在執行已安裝的訊號捕捉函式之前，通常將訊號處理函式重置為DEFault。為捕捉下一次出現相同的訊號，必須重新安裝捕捉函式。
• signal()不能阻塞其他訊號
• 不同Unix版本的signal。可能會有所不通不同。
  所以現在signal()已經被sigaciton()所代替，它的原型是int sigaction (int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);，sigaction結構體的定義為

其中重要的欄位如下：

sa_handler :該欄位是指向處理函式的指標，該函式與signal()的處理函式有相同的原型。
sa_sigaction：該欄位是執行訊號處理函式的另一種方法。它的訊號編號旁邊有兩個額外引數，其中siginfo t *提供關於所接收訊號的更多資訊。
sa_mask：可在處理函式執行期間設定要阻塞的訊號。
sa_flags :可修改訊號處理程序的行為。若要使用sa_sigaction處理函式，必須將sa_flags設定為SA_SIGINFO。

實踐內容

/* sigset.c */
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>

    /* 自定義的訊號處理函式 */
    void my_func(int signum)
    {
        printf("If you want to quit,please try SIGQUIT\n");
    }

    int main()
    {
        sigset_t set,pendset;
        struct sigaction action1,action2;

        /* 初始化訊號集為空 */
        if (sigemptyset(&set) < 0)
        {
            perror("sigemptyset");
            exit(1);
        }

        /* 將相應的訊號加入訊號集 */
        if (sigaddset(&set, SIGQUIT) < 0)
        {
            perror("sigaddset");
            exit(1);
        }

        if (sigaddset(&set, SIGINT) < 0)
        {
            perror("sigaddset");
            exit(1);
        }

        if (sigismember(&set, SIGINT))
        {
            sigemptyset(&action1.sa_mask);
            action1.sa_handler = my_func;
            action1.sa_flags = 0;
            sigaction(SIGINT, &action1, NULL);
        }

        if (sigismember(&set, SIGQUIT))
        {
            sigemptyset(&action2.sa_mask);
            action2.sa_handler = SIG_DFL;
            action2.sa_flags = 0;
            sigaction(SIGQUIT, &action2,NULL);
        }

        /* 設定訊號集遮蔽字，此時set中的訊號不會被傳遞給程序，暫時進入待處理狀態 */
        if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL) < 0)
        {
            perror("sigprocmask");
            exit(1);
        }
        else
        {
            printf("Signal set was blocked, Press any key!");
            getchar();
        }
        /* 在訊號遮蔽字中刪除set中的訊號 */
        if (sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL) < 0)
        {
            perror("sigprocmask");
            exit(1);
        }
        else
        {
            printf("Signal set is in unblock state\n");
        }

        while(1);
        exit(0);
    }

該程式的執行結果如下，可以看見，在訊號處於阻塞狀態時，所發出的訊號對程序不起作用，並且該訊號進入待處理狀態。讀者按任意鍵，並且訊號脫離了阻塞狀態後，使用者發出的訊號才能正常執行。這裡SIGINT已按照使用者自定義的函式執行，請讀者注意阻塞狀態下SIGINT的處理和非阻塞狀態下SIGINT的處理有何不同。

問題與解決