信號(hào)就是軟中斷。

信號(hào)提供了異步處理事件的一種方式。例如，用戶在終端按下結(jié)束進(jìn)程鍵，使一個(gè)進(jìn)程提前終止。

?

每一個(gè)信號(hào)都有一個(gè)名字，它們的名字都以SIG打頭。例如，每當(dāng)進(jìn)程調(diào)用了abort函數(shù)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)SIGABRT信號(hào)。

每一個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)正整數(shù)，定義在頭文件<signal.h>中。

沒有信號(hào)對(duì)應(yīng)整數(shù)0，kill函數(shù)使用信號(hào)編號(hào)0表示一種特殊情況，所以信號(hào)編號(hào)0又叫做空信號(hào)（null signal）。

下面的各種情況會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)：

• 當(dāng)用戶在終端按下特定的鍵時(shí)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)。例如，當(dāng)用戶按下DELETE按鍵（或Control-C）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)（interrupt signal，SIGINIT），該信號(hào)使得一個(gè)運(yùn)行中的程序終止。
• 硬件異?？梢援a(chǎn)生信號(hào)。會(huì)引發(fā)硬件異常的情況如除以0，非法內(nèi)存引用（invalid memory reference）等。這種情況會(huì)被硬件檢測(cè)到，并通知內(nèi)核，然后內(nèi)核產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)通知對(duì)應(yīng)的運(yùn)行進(jìn)程。例如，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行了一個(gè)非法的內(nèi)存引用，會(huì)觸發(fā)SIGSEGV信號(hào)。?

• kill函數(shù)允許當(dāng)前進(jìn)程向其他的進(jìn)程或者進(jìn)程組發(fā)送任意的信號(hào)。當(dāng)然，這種方法存在限制：我們必須是信號(hào)接收進(jìn)程的所有者，或者我們必須是超級(jí)用戶（superuser）。
• kill命令的作用和kill函數(shù)類似。這個(gè)命令多用戶殺死后臺(tái)進(jìn)程。
• 軟件異?？梢愿鶕?jù)不同的條件產(chǎn)生不同的信號(hào)。例如：網(wǎng)絡(luò)連接中接受的數(shù)據(jù)超出邊界時(shí)，會(huì)觸發(fā)SIGURG信號(hào)。

對(duì)于進(jìn)程來說，信號(hào)是隨機(jī)產(chǎn)生的，所以進(jìn)程不能簡(jiǎn)單地根據(jù)檢測(cè)某個(gè)變量是否改變來判斷信號(hào)是否發(fā)生，而應(yīng)該告訴內(nèi)核“當(dāng)這個(gè)信號(hào)發(fā)生時(shí)，做下面的這些事情”。

我們告訴內(nèi)核當(dāng)某個(gè)信號(hào)發(fā)生時(shí)做的事情叫做信號(hào)處理函數(shù)。信號(hào)處理函數(shù)有三種功能可供選擇：

?

• 忽略該信號(hào)。該行為適用于大部分的信號(hào)，除了兩個(gè)信號(hào)不能被忽略：SIGKILL和SIGSTOP。這兩個(gè)信號(hào)無能被忽略，是因?yàn)槠渥饔檬菫閮?nèi)核和超級(jí)用戶提供了一種殺死或者暫停進(jìn)程的萬無一失的方法（a surefire way）。
• 捕獲該信號(hào)。當(dāng)某個(gè)信號(hào)發(fā)生時(shí)，我們告訴進(jìn)程去執(zhí)行我們的一段程序。在該程序中，我們可以做任何操作來處理該種情況。兩個(gè)信號(hào)SIGKILL和SIGSTOP不可以被捕獲。
• 執(zhí)行默認(rèn)的信號(hào)處理程序。每個(gè)信號(hào)都有一個(gè)默認(rèn)的處理程序，而大部分的信號(hào)默認(rèn)處理程序都是終止該進(jìn)程。

對(duì)于一些信號(hào)發(fā)生時(shí)，會(huì)造成進(jìn)程終止，同時(shí)生成一個(gè)core文件，該core文件記錄了該進(jìn)程終止時(shí)的內(nèi)存情況，可以幫助調(diào)試和調(diào)查進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)。

有幾種情況不會(huì)生成core文件：

• 如果進(jìn)程設(shè)置了suid位（chmod u+s file），并且當(dāng)前用戶不是程序文件的所有者；
• 如果進(jìn)程設(shè)置了guid位（set-group-ID），并且當(dāng)前用戶不是程序文件的組所有者；
• 如果過戶沒有當(dāng)前工作目錄的寫權(quán)限；
• 如果core文件已經(jīng)存在，并且用戶沒有該文件的寫權(quán)限；
• 該core文件太大（由參數(shù)RLIMIT_CORE限制）?

函數(shù)聲明

#include <signal.h>

void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int);

? ? Returns: PRevious disposition of signal if OK, SIG_ERR on err.

?函數(shù)聲明解析：

void ? (*signal(int ? signr, ? void ? (*handler)(int)))(int);?================================================?handler是一個(gè)函數(shù)指針，指向參數(shù)為單參數(shù)int,返回類型void的函數(shù)?signal是一個(gè)函數(shù)指針、這個(gè)函數(shù)指針指向一個(gè)參數(shù)為一個(gè)int型和一個(gè)handler型的指針、返回值是一個(gè)指向參數(shù)為int、返回值是void的函數(shù)的指針的指針。

總結(jié)一下:?? ? 這個(gè)復(fù)雜的聲明可以用下面2種比較簡(jiǎn)單的型式表達(dá)出來,如下:?第一種型式如下: ? ??typedef ? void ? (*handler_pt)(int);?handler_pt ? signal1(int ? signum,handler_pt ? ahandler);?第二種型式如下:?typedef ? void ? handler_t(int);?handler_t* ? signal2(int ? signum, ? handler_t* ? ahandler);?------------------------------------------------------?以上這兩種形式結(jié)果是等價(jià)的,但也有區(qū)別,第一種形式定義的是函數(shù)指針類型,?sizeof(handler_pt)=4//borland ? c++ ? 5.6.4 ? for ? win ? 32,windos ? xp ? 32 ? platform?第二種形式定義的是函數(shù)類型,如果對(duì)他使用sizeof(handler_t)會(huì)提示:?sizeof ? may ? not ? be ? applied ? to ? a ? function

參數(shù)說明：

• signo：信號(hào)名
• func：三種取值選擇：常量SIG_IGN，常量SIG_DFL，或信號(hào)處理函數(shù)的地址。如果func的取值為SIG_IGN，則信號(hào)發(fā)生時(shí)忽略處理（除了兩個(gè)信號(hào)SIGKILL和SIGSTOP）。如果func的取值為SIG_DFL，則調(diào)用信號(hào)的默認(rèn)處理函數(shù)。

在上面的聲明解析中我們可以看到，使用typedef可以簡(jiǎn)化signal函數(shù)的聲明，后面對(duì)signal函數(shù)的調(diào)用也將使用簡(jiǎn)化后的聲明：

typedef void Sigfunc(int);

Sigfunc *signal(int, Sigfunc *);

?

?Example

該例子的作用是捕獲兩個(gè)用戶自定義的信號(hào)，并打印相關(guān)的信號(hào)信息。

使用函數(shù)pause來使程序掛起，知道接收到信號(hào)。

Code

#include "apue.h"

?

staticvoid sig_usr(int); ? /* one handler for both signals */

?? ? ? ? ?

int ? ? ?

main(void)

{ ? ? ? ?

? ? if (signal(SIGUSR1, sig_usr) == SIG_ERR)

? ? ? ? err_sys("can't catch SIGUSR1");

? ? if (signal(SIGUSR2, sig_usr) == SIG_ERR)

? ? ? ? err_sys("can't catch SIGUSR2");

? ? for ( ; ; )

? ? ? ? pause();

}? ?

?? ?

staticvoid

sig_usr(int signo)? ? ? /* argument is signal number */

{? ?

? ? if (signo == SIGUSR1)

? ? ? ? printf("received SIGUSR1/n");

? ? else if (signo == SIGUSR2)

? ? ? ? printf("received SIGUSR2/n");

? ??else

? ? ? ??err_dump("received signal %d/n", signo);

}

執(zhí)行結(jié)果：

執(zhí)行時(shí)，我們先讓該程序后臺(tái)執(zhí)行，然后調(diào)用kill命令向該進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。

kill并不真的會(huì)殺死進(jìn)程，而只是發(fā)送信號(hào)。所以kill并不是很準(zhǔn)確的描述了該命令的作用。

當(dāng)我們調(diào)用kill 2081命令時(shí)，進(jìn)程被終止，因?yàn)樵谛盘?hào)處理函數(shù)中并沒有處理該信號(hào)，而該信號(hào)的默認(rèn)處理程序?yàn)榻K止進(jìn)程。

?

程序執(zhí)行時(shí)，所有信號(hào)的狀態(tài)都為默認(rèn)值或者被忽略。

如果程序調(diào)用了exec系函數(shù)，則會(huì)改變信號(hào)的自定義處理函數(shù)為它的默認(rèn)處理程序，因?yàn)樵谠瓉淼某绦蛑械奶幚砗瘮?shù)地址對(duì)于新的程序來說是沒有意義的。

例如，在一個(gè)交互式的shell中，啟動(dòng)一個(gè)后臺(tái)進(jìn)程，會(huì)設(shè)置該進(jìn)程的中斷和退出信號(hào)的處理動(dòng)作為忽略，這樣，當(dāng)用戶在shell中鍵入中斷命令時(shí)，只會(huì)中斷前臺(tái)進(jìn)程，而不會(huì)影響后臺(tái)進(jìn)程。

這個(gè)例子也告訴我們了signal函數(shù)的一個(gè)限制：我們無法確認(rèn)當(dāng)前進(jìn)程的一些信號(hào)的處理動(dòng)作，除非我們現(xiàn)在改變它們。后面我們將學(xué)習(xí)sigaction函數(shù)來確認(rèn)一個(gè)信號(hào)的處理動(dòng)作，而不需要改變它們。

?

當(dāng)調(diào)用fork函數(shù)時(shí)，子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的信號(hào)處理函數(shù)。因?yàn)樽舆M(jìn)程拷貝了父進(jìn)程的內(nèi)存，所以信號(hào)處理函數(shù)的地址對(duì)于子進(jìn)程來說也是有意義的。

?

在早期的Unix系統(tǒng)中，信號(hào)是不可靠的。

不可靠的意思是，信號(hào)是有可能丟失的。即信號(hào)發(fā)生了，但是進(jìn)程沒有捕獲它。

我們希望內(nèi)核可以記住信號(hào)，當(dāng)我們r(jià)eady時(shí)，告訴我們?cè)撔盘?hào)發(fā)生，讓我們?nèi)ヌ幚怼?/p>

早期的系統(tǒng)，對(duì)于信號(hào)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)還有一個(gè)問題：當(dāng)信號(hào)發(fā)生，執(zhí)行了信號(hào)處理函數(shù)，該信號(hào)的處理函數(shù)就被置為默認(rèn)的信號(hào)處理程序。因此，早期的關(guān)于信號(hào)的程序框架如下所示：

這段代碼的問題在于，在SIGINT信號(hào)發(fā)生后，且在對(duì)它的信號(hào)處理函數(shù)重置為sig_int前，有一個(gè)時(shí)間差，在這個(gè)時(shí)間差內(nèi)，可能再發(fā)生一次SIGINT信號(hào)。

如果第二次SIGINT發(fā)生在信號(hào)處理函數(shù)重置前，則會(huì)執(zhí)行它的默認(rèn)處理動(dòng)作，即終止進(jìn)程。

早期實(shí)現(xiàn)還有一個(gè)問題，就是如果進(jìn)程不希望某個(gè)信號(hào)發(fā)生，它只能選擇忽略它，而無法將該信號(hào)關(guān)閉。

一種使用場(chǎng)景是：我們不希望被信號(hào)打斷，但是希望記住它們發(fā)生過。代碼可能如下：

在這里，我們假設(shè)該信號(hào)只發(fā)生一次。

代碼的目的在于：我們等待信號(hào)發(fā)生，信號(hào)發(fā)生之前，進(jìn)程停止，等待。

代碼的問題在于，有一個(gè)時(shí)間差，可能會(huì)發(fā)生異常情況，如果代碼的執(zhí)行序列如下：

1 信號(hào)發(fā)生

2 while (sig_int_flag == 0)

3 sig_int_flag= 1

4 pause()

這時(shí)，進(jìn)程暫停掛起，等待信號(hào)發(fā)生，但是實(shí)際上該信號(hào)已經(jīng)發(fā)生過了。這就導(dǎo)致了信號(hào)沒有被捕獲。

?

早期Unix操作系統(tǒng)的一個(gè)特性是：如果一個(gè)進(jìn)程阻塞在一個(gè)“慢”系統(tǒng)調(diào)用，則該進(jìn)程會(huì)收到一個(gè)信號(hào)，導(dǎo)致該進(jìn)程被中斷。該系統(tǒng)調(diào)用返回一個(gè)錯(cuò)誤，并且errno設(shè)置為EINTR。

系統(tǒng)調(diào)用被分為兩類：慢系統(tǒng)調(diào)用和其他系統(tǒng)調(diào)用。慢系統(tǒng)調(diào)用是那些可能永久阻塞的系統(tǒng)調(diào)用。慢系統(tǒng)調(diào)用包括：

• 讀數(shù)據(jù)函數(shù)可能阻塞調(diào)用者，如果數(shù)據(jù)不是特定的格式；
• 寫數(shù)據(jù)函數(shù)可能阻塞調(diào)用者，如果數(shù)據(jù)不能按照特定的格式立刻被接收。
• 按照某種格式打開某個(gè)文件
• pause函數(shù)和wait函數(shù)
• 特定的ioctl操作
• 一些進(jìn)程間通信函數(shù)

對(duì)于可中斷系統(tǒng)調(diào)用，我們需要在代碼中處理errno EINTR：

為了避免需要顯式處理可中斷系統(tǒng)調(diào)用，一些可中斷系統(tǒng)調(diào)用在發(fā)生阻塞時(shí)會(huì)自動(dòng)重啟。

這些會(huì)自動(dòng)重啟的可中斷系統(tǒng)調(diào)用包括：ioctl, read, readv, write, writev, wait和waitepid。

如果某些應(yīng)用并不希望這些系統(tǒng)調(diào)用自動(dòng)重啟，可以該系統(tǒng)調(diào)用單獨(dú)設(shè)置SA_RESTART。

?

信號(hào)的發(fā)生導(dǎo)致程序的指令執(zhí)行順序被打亂。

但是在信號(hào)處理函數(shù)中，無法知道原進(jìn)程的執(zhí)行情況。

如果原進(jìn)程這個(gè)在分配內(nèi)存或者釋放內(nèi)存，或者調(diào)用了修改static變量的函數(shù)，并在信號(hào)處理函數(shù)中再次調(diào)用該函數(shù)，會(huì)發(fā)生不可預(yù)期的結(jié)果。

在信號(hào)處理函數(shù)中可以安全調(diào)用的函數(shù)稱為可重入函數(shù)，也叫做異步信號(hào)安全的函數(shù)。除了保證可重入，這些函數(shù)還會(huì)阻塞可能導(dǎo)致結(jié)果不一致的信號(hào)。

如果函數(shù)滿足下面的一種或者幾種條件，則說明是不可重入的函數(shù)：

• 使用static數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 調(diào)用malloc或free
• 標(biāo)準(zhǔn)IO庫中的函數(shù)，因?yàn)榇蟛糠值臉?biāo)準(zhǔn)IO函數(shù)都使用了全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

?

一直容易混淆的兩個(gè)信號(hào)是SIGCLD和SIGCHLD。

SIGCLD來自System V，而SIGCHLD來自BSD和POSIX.1。

BSD SIGCHLD的語義：當(dāng)該信號(hào)發(fā)生時(shí)，說明子進(jìn)程的狀態(tài)發(fā)生了改變，這時(shí)我們需要調(diào)用wait函數(shù)確認(rèn)狀態(tài)的變化。

對(duì)于System V系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)SIGCLD的處理說明如下：

1. 如果進(jìn)程設(shè)置信號(hào)SIGCLD的處理動(dòng)作為SIG_IGN，該進(jìn)程的子進(jìn)程將不會(huì)變成僵尸進(jìn)程。這和默認(rèn)的處理動(dòng)作（SIG_DFL）是不同的，雖然默認(rèn)的動(dòng)作也是忽略，但是對(duì)于SIG_IGN，如果隨后調(diào)用了wait函數(shù)，調(diào)用進(jìn)程會(huì)阻塞直到所有的子進(jìn)程都終止，wait返回-1，并且設(shè)置errno為ECHILD。默認(rèn)處理動(dòng)作（SIG_DFL）是沒有后面的動(dòng)作的。
2. 如果我們對(duì)信號(hào)SIGCLD設(shè)置了捕獲，則內(nèi)核會(huì)立刻檢查是否有任何子進(jìn)程被等待，如果有，調(diào)用信號(hào)處理函數(shù)。

?

?我們先定義幾個(gè)信號(hào)相關(guān)的概念：

• 信號(hào)產(chǎn)生：如果某一事件導(dǎo)致信號(hào)的發(fā)生，則叫做信號(hào)產(chǎn)生。該事件可能是硬件異常、軟件條件、終端產(chǎn)生的信號(hào)或者kill函數(shù)傳遞的信號(hào)等。當(dāng)信號(hào)產(chǎn)生，內(nèi)核需要在進(jìn)程表中設(shè)置某個(gè)標(biāo)志位。
• 信號(hào)送達(dá)：當(dāng)信號(hào)處理函數(shù)被執(zhí)行，則信號(hào)送達(dá)。
• 信號(hào)掛起：在信號(hào)產(chǎn)生和送達(dá)之間的時(shí)間叫做信號(hào)掛起。
• 信號(hào)阻塞：進(jìn)程可以選擇不接收某個(gè)信號(hào)的傳達(dá)，叫做阻塞該信號(hào)。如果被阻塞的信號(hào)的處理動(dòng)作為默認(rèn)處理程序或者被捕獲處理，則該信號(hào)會(huì)一直處于掛起狀態(tài)，直到進(jìn)程解除對(duì)該信號(hào)的阻塞或者改變?cè)撔盘?hào)的處理動(dòng)作為忽略。系統(tǒng)在信號(hào)傳遞時(shí)決定如何處理被阻塞信號(hào)，而不是信號(hào)產(chǎn)生時(shí)。函數(shù)sigpending的作用就是讓進(jìn)程決定哪些信號(hào)被阻塞和掛起。

?可靠機(jī)制，不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于異常情況有不同的處理：

• 如果一個(gè)被阻塞的信號(hào)多次產(chǎn)生，內(nèi)核簡(jiǎn)單地傳遞該信號(hào)一次。
• 如果多個(gè)信號(hào)等待被傳達(dá)，POSIX.1并不關(guān)注信號(hào)的傳達(dá)順序，而The Rationale for POSIX.1標(biāo)準(zhǔn)會(huì)保證和進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)的信號(hào)先傳達(dá)。
• 每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)信號(hào)掩碼來決定是否屏蔽某個(gè)信號(hào)，信號(hào)掩碼的每一位都對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)，如果要阻塞某個(gè)信號(hào)，則將對(duì)應(yīng)的信號(hào)置為1。
• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)sigset_t被定義用來記錄信號(hào)掩碼（signal mask）

?

?參考資料：

《Advanced Programming in the UNIX Envinronment 3rd》