Linux——淺析信號處理
信號及其處理
信號處理是Unix和LInux系統為了響應某些狀況而產生的事件，通常內核產生信號，進程收到信號後采取相應的動作。
例如當我們想強制結束一個程序的時候，我們通常會給它發送一個信號，然後該進程會捕捉到信號，緊接著該進程執行一定操作後最終被終止掉。不僅僅如此，通常下面幾種情況
①鍵盤事件（ctrl+c、ctrl+\）
②訪問非法內存
③硬件故障（如算術運算執行除以0操作）
④ 環境切換
都會有信號的產生，而對這些產生的信號是需要讓進程來處理的，進而信號也被作為進程間通信或修改行為的一種方式，是可明確地由一個進程發送給另一個進程的。一般當一個信號的產生時，我們把它叫作信號生
然後來認識一下這些信號，可用 kill -l查看
平常最常用的信號
其它信號作用大致如下（前面數字代表信號編號），
2.ctrl + c 進程終止信號 中斷方式終止掉進程 3. ctrl + \ 退出信號，發送 SIGQUIT 信號給前臺進程組中的所有進程，終止前臺進程並生成 core 文件 6.異常退出信號 像abort退出等 7.總線與進程虛擬地址空間未成功連接信號 8.浮點數異常錯誤信號 9.終止進程信號，與kill命令一起，可用來強行殺死進程 如kill-SIGKILL pid（註意，它不可被捕獲） 11 段錯誤信號 13.管道破裂信號 14 鬧鐘信號 17 子進程返回給父進程的信號 19 進程暫停信號 但是它不可以被捕獲（和9號信號一樣，比較特殊） 20 發送 SIGTSTP 信號給前臺進程組中的所有進程，常用於掛起一個進程。相當於ctrl+z 23 處理緊急數據信號， 某些數據較為緊急，可使其優先傳輸。 29 異步IO信號 32~33號用作多線程使用，不讓用戶使用； 編號34之後的信號，是沒有限制的，可讓我們自己開發使用
針對上面這麽多信號，那對這些產生的信號進行何種處理？
可通過 man 7 signal命令查看處理的方式，通常進程對收到的信號的處理有以下3種方式
① 默認處理方式
② 忽略
對到來的信號，不做出反應 但SIGKILL SIGSTOP不能被忽略）
③ 捕獲並處理
對到來的信號，執行我們自己寫的代碼 但是註意SIGKILL 和SIGTOP不能捕獲
好，接下來便看看信號處理的一些具體的例子
對信號的操作
（1）註冊信號
註冊信號實際是對信號進行三種處理操作，用於告訴當前進程對接收到信號後該去執行什麽動作
具體用signal函數來進行操作，它原型如下
頭文件：#include <signal.h> typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); //void(* signal（int signum, void (*handler)(int)))(int)
功能：開始獲取信號值為signum的信號，如果獲取到該信號，則開始執行handler指向的函數（典型回調函數）
返回值： 調用成功返回原本的信號處理函數指針，失敗返回 SIGERR，
SIGERR的宏為 #define SIG_IGN ((sighandler_t)-1)
參數：
signum：指明了所要處理的信號類型，它可以取除了SIGKILL和SIGSTOP外的任何一種信號。
sighandler_t：描述了與信號關聯的動作，它可以取以下三種值，如下表：
註：上面這幾個信號可傳入作signal函數第二個參數，因為它們雖是整型但進行了強轉。
這裏可以來個例子看看
//比如驗證SIG_IGN信號，這樣ctrl c就起不了作用了
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
int main( void)
{
signal( SIGINT, SIG_IGN);
for(int i =0; i< 20; ++i)
{
printf( "玩不死我！\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
結果如下：
再看另一個
//驗證自定義信號，這樣ctrl c 就會去執行 handler 函數
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void handler(int s)
{
printf( "呃，我被搞死了。SIGNAL =%d\n", s);
exit(1);
}
int main( void)
{
__sighandler_t ret;
ret = signal( SIGINT, handler);
for(int i =0; i< 20; ++i)
{
printf( "玩不死我！\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
結果驗證：
上面是幾個簡單的信號處理，其實信號是異步實現的，當信號到達時，系統會保存當前進程的運行環境，轉去執行信號處理函數，當信號處理函數執行完畢，然後再恢復現場，繼續往後執行（就好像中斷處理一樣）。
（2）給進程發送信號
前面的提到的signal函數對收到的信號進行了處理，同時我們也可主動給進程發送信號。具體可以有兩種方式，第一個就是用shell命令的方式
kill -信號值 pid
一般可以用jobs 去查看有哪些後臺進程；而若要將執行程序以後臺方式運行，則可在後面加上 &符號（.如/a.out &）。此時，如果當你再用ctrl c想要將該進程終止時 已經無法成功了，因為ctrl + c只能發給前臺進程，結束的是前臺進程。 這個時候可以用fg +%numid將後臺進程調到前臺進程(註意：numid是作業號，不是進程pid)，這樣便可使用ctrl c了。同時，如果想要將前臺執行進程轉去後臺暫停掉可使用 Ctrl + Z命令，。
好，然後第二種給進程發送信號還可以通過函數的方式：
原型：int kill(int pid, int signum)
功能：用該函數給進程id為pid的進程發送一個信號值為signum的信號
返回值：
成功返回0，失敗返回-1
參數解釋
signum：信號值，即信號編號
pid：進程id，它可以取以下四種值，如下表：
順道提一下進程組：
進程組中通常有若幹個進程。 它們可以是用管道連接的進程，可以是fork創建出來的父子進程；這些都屬於同一個進程組
來例子繼續應用一下~
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> File Name: 3.c
> Author: tp
> Mail:
> Created Time: Tue 08 May 2018 08:55:26 PM CST
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void handler( int s) //自定義函數，驗證能否接收信號
{
printf( "信號收到！recv_SIG=%d\n", s);
}
int main( void)
{
signal(SIGUSR1, handler);
pid_t pid = fork( );
if( pid == 0)
{
sleep(1);
kill(getppid(), SIGUSR1); //給父進程發送一個自定義信號SIGUSR1，該信號常用於接收發信號
exit( 0);
}
else
{
int i =0;
while( 1)
{
printf( "%d 我執行子進程\n", i++);
sleep(1); //返回>0 表示還剩多少時間允許其被信號打斷
}
}
return 0;
}
除此之外還有兩個函數可以發送信號，可以了解一下
1.int rasie (int signum); //給自己發送信號
返回值：成功返回0；失敗：返回-1
2.int killpig(int gid,int signum); // 給進程組發送信號
返回值：-1，並把error值設為EINTR
同時我們還可以暫停進程，直到進程被信號打斷
即int pause(void)函數 值得註意的是它暫停時，會讓出cpu，不像while（1）循環
信號的分類
前面，我們列舉了這麽多信號，它們大致可分為①可靠信號 ②不可靠信號 ③實時信號 ④非實時信號，這樣4種信號
不可靠信號:編號為1~31 的信號都是不可靠的信號。由於linux的信號繼承自早期的UNIX 信號，所以這些不可靠信號也或多或少也繼承了UNIX信號的缺陷即，
* 信號處理函數完畢，信號會恢復成按默認處理方式處理（不過現在liunx已經將其改進）
* 會出現信號丟失的現象，原因就是此類信號不排隊，並且此種情況暫時還沒辦法解決
可靠信號：34 - 64號信號為可靠的信號。 它不會出現信號丟失，支持排隊，信號處理函數執行完畢，不會恢復成缺省的處理方式
實時信號：就是可靠信號（字面意義上感覺實時信號好像要比非實時信號要快，其實不然）
非實時信號：其實就是不可靠信號
（3）SIGALRM信號
這個SIGALRM信號（編號14）在平常的應用中比較廣泛。常常用alarm函數來發出SIGALRM信號，來用作報警處理，這個信號也是一個很有用的信號，用它可以來實現一些比較有意思的東西。當然要使用它，還得先來看看這個alarm函數，它原型是
功能： 當規定的seconds時間到了，給當前進程發送一個SIGALRM信號 返回值： 成功：如果調用此alarm（）前，進程已經設置了鬧鐘時間，則返回上一個鬧鐘時間的剩余時間，否則返回0。失敗就返回-1 參數解釋： 如果second > 0：當seconds秒後，觸發SIGALRM信號 如果seconds = 0： 表示清除SIGALRM信號
稍稍應用一下
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> File Name: alarm.c
> Author: tp
> Mail:
> Created Time: Tue 08 May 2018 09:15:53 PM CST
************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void handler( int s)
{
printf( "\n很可惜，時間到了!\n");
exit( 1);
}
int main( void)
{
char buff[ 100]={ };
printf( "輸入字符串:");
signal(SIGALRM, handler); //收到SIGALRM信號時，執行handler函數
alarm( 3); //設置3秒的警報時間，時間一到便發出SIGALRM信號
scanf("%s", buff);
alarm(0); //清除鬧鐘
printf( "收到：%s\n", buff);
while( 1)
{
printf( "6 ");
fflush( stdout);
sleep( 1);
}
return 0;
}
信號阻塞
實際執行信號的處理動作稱為信號抵達，信號從產生到抵達之間的狀態，稱為信號未決。進程可以選擇阻塞某個信號， 被阻塞的信號產生時將保持在未決狀態，直到進程解除對此信號的阻塞後才執行後續的抵達動作。 信號阻塞和上面所述的信號忽略是不相同的。信號只要被阻塞時，它就不會抵達；而信號忽略則是在抵達之後可選的一種處理動作。 同時，每個信號都有兩個標誌位來分別表示阻塞(block) 和 未決(pendin)。還有一個函數指針表示處理動作。信號產生時，內核在進程控制塊中設置該信號的未決標誌，直到信號抵達才消除該標誌.
如上圖的SIGHUP信號未阻塞也未產生過，當它抵達時執行默認處理動作。 而SIGINT信號產生過，但正在被阻塞，所以暫時不能遞達。雖然它的處理動作是忽略，但在沒有解除阻塞之前是不能忽略這個信號的，因為進程仍有機會在改變處理動作之後再解除阻塞，然後接著來處理。SIGQUIT信號未產生過，一旦產生SIGQUIT信號將被阻塞，它的處理動作是用戶自定義函數sighandler。
如果在進程在阻塞某信號時，該信號產生過多次，Liunx這樣實現的：常規信號在抵達之前產生多次只計一次，而實時信號在遞達之前 產生多個信號可以依次放在一個隊列裏。 每個信號只有一個bit的未決標誌，非0既1，這個地方不記錄該信號產生了多少次。同樣，阻塞標誌也是這樣表示的。因此呢，未決和阻塞標誌可以用相同的數據類型sigset_t來存儲，sigset_t為信號集，這個類型可以表示每個信號的"有效"或"無效“狀態，在阻塞信號集中"有效"和"無效"的含義是該信號是否被阻塞，而在未決信號集中類似。 阻塞信號集也叫做當前進程的信號屏蔽字.
主要的信號集操作函數
sigset_t類型對於每種信號用一個bit表示 "有效"或者"無效" 頭文件：#include<signal.h> ①int sigemptyset(sigset_t *set); //初始化set所指向的信號集,使其中所有信號的對應的bit清零，表示該信號集不包含任何有效信號. ②int sigfillset(sigset_t *set)； //初始化set所指向的信號集，使其中所有信號的對應bit置位，表示該信號機的有效信號包括系統支持的所有信號. ③int sigaddset(sigset_t *set,int signo); //在該信號集中添加某種有效信號. ④int sigdelset(sigset_t *set,int signo); //在該信號集中刪除某種有效信號 ⑤int sigismemeber(const sigset_t *set,int signo); //是一個布爾函數，用於判斷一個信號集的有效信號中是否包含某種信號，若包含賊返回1，不包含則返回0，出錯返回-1 ⑥int sigprocmask(int how,const sigset_t *set,sigset_t *oset); //讀取或更改進程的信號屏蔽字(阻塞信號集)如果成功返回0 失敗返回-1 ⑦int sigpending(sigset_t *set); //讀取當前進程的未決信號集,通過set參數傳出，調用成功則返回0，出錯則返回-1.
一個比較經典的例子：
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> File Name: set.c
> Author: tp
> Mail:
> Created Time: Thu 10 May 2018 05:38:50 PM CST
************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void printsigset( sigset_t *set)
{
int i = 0;
for( ; i<32; i++) {
if( sigismember( set,i) )//判定指定信號是否在目標集合中
putchar( ‘1‘);
else
putchar( ‘0‘);
}
puts(" ");
}
int main( )
{
sigset_t s ,p; //定義信號集對象
sigemptyset( &s) ; //清空進行初始化
sigaddset( &s, SIGINT) ;
sigprocmask( SIG_BLOCK, &s, NULL); //設置阻塞信號集
while( 1)
{
sigpending( &p) ; //獲取未決信號集
printsigset( &p) ;
sleep( 1) ;
}
return 0;
}
這個程序的大概意思就是我們阻塞一個信號集，讓它一直處於未決狀態，並把它裏面的信號編號顯示出來,比如中途我們加入了一個ctrl+c, 後面信號集裏面就會出現這個信號，然後他們還是一直處於未決狀態。
特別提醒的是如果一個信號被進程阻塞，它就不會傳遞給進程，但會停留在待處理狀態，當進程解除對待處理信號的阻塞時，待處理信號就會立刻被處理。
Linux——淺析信號處理