Linux操作系统下信号处理函数

Linux系统下的信号

一、信号概念

1. 什么是信号
信号是软件中断，信号提供了一种异步处理事件的方法，它允许进程和内核中断其他进程。一个信号就是一条消息，它通知进程系统发生了一个某种类型的事件，在Linux系统中支持31中不同类型的信号
在我这篇文章中给大家列出了Linux系统支持的31个信号（https://blog.csdn.net/qq_34934140/article/details/116550027）。

每种信号都对应不同的系统类型，底层硬件异常是由内核异常处理程序处理的，正常情况下对用户是不可见的，信号提供了一种机制，通知用户进程发生了这些异常。每个信号都有自己的名字，他们都是以SIG开头，这些信号都包含在<signal.h>中。

产生信号的事件相对于进程来说是不可预见的，所以进程不可以测试一个变量来判断信号的产生，而必须告诉内核当信号发生时进程该如何处理。在信号出现时有以下三种处理方式
1）忽略信号，大多数信号采用这种处理方式，但是有两种信号不可用忽略，SIGKILL 和 SIGSTOP，因为他们向内核和超级用户提供了可靠的进程终止或停止的方法。
2）捕捉信号，通知内核在信号发生时调用一个用户函数，在用户函数中执行用户希望对该事件的处理方式。同样SIGKILL 和 SIGSTOP不可以被捕捉。
3）执行默认动作，系统会给所有信号一个默认动作，在（https://blog.csdn.net/qq_34934140/article/details/116550027）里面我已经详细列出。

2.信号术语
1）发送信号
内核通过更新目的进程上下文中的某个状态，发送一个信号给目的进程。发送信号的原因
a. 内核检测都一个系统事件，如硬件异常或子程序终止
b. 一个进程调用kill函数，显示地要求内核发送一个进程给目的进程，或者进程自己给自己发送信号。
2）接收信号
当目的进程被内核强迫以某种方式对信号的发送做出反应时，它就接收了信号。进程可以忽略这个信号也可以捕捉它做一个信号处理函数。
3）待处理信号
一个发出而没有被接收的信号，任一时刻，一种类型最多只会有一个待处理信号，如果一个进程此时有一个类型为k的处理信号，那么接下来发送到此进程的所有k类型信号都不会排队等待
，他们都会被丢弃，进程可以选择阻塞接收某种信号，当一个信号被阻塞时，它仍然可以被发送，但是不会被接收，所有产生了待处理信号，直到进程取消对该进程的阻塞。一个待处理信号最多被
接收一次，在内核中有一个pending位向量维护着待处理信号集合，在blocked位向量中维护着被阻塞的信号集合，只要传送一个k类型信号，内核就会设置pending的第k位，接收一个k信号就会清楚
pending的k位。
4）阻塞信号
Linux提供阻塞信号的隐式和显式机制
隐式阻塞机制：内核默认阻塞任何当前处理程序正在处理信号类型的待处理信号
显式阻塞机制：应用程序可以使用sigprocmask函数和它的辅助函数，明确地阻塞和解除阻塞选定的信号
5）不可靠的信号
不可靠指的是信号可能会丢失，一个信号发生了，但你是进程却不知道。
6）可靠信号术语和语义
未决：信号产生和递送之间的时间间隔内，称信号是未决的，调用sigpending函数可以查看哪些信号被设置为阻塞并且是未决的。
信号屏蔽字：每个信号都有，它规定了当前阻塞递送到该进程的信号集，每种信号对应屏蔽字中的一位，使用sigprocmask函数来查看、设置、修改。
7）作业控制信号
SIGCHLD 子进程已停止或终止
SIGCONT 如果进程停止则继续运行
SIGSTOP 停止信号
SIGTSTP 交互式停止信号
SIGTTIN 后台进程组成员读控制终端
SIGTTOU 后台进程组成员写控制终端
除了SIGCHLD之外，大多数应用程序不处理这些信号，交互式shell通常会处理这些信号。
8）信号集
一个可以表示多个信号的数据类型

3.编写信号处理函数基本规则
处理程序和主程序并发执行，他们共享全局变量，因此可能与主程序和其他处理程序相互干扰，所以需要编写安全、正确、可移植的信号处理程序。
1）安全的信号处理
a.处理程序尽可能简单，
b.在处理程序中只调用异步信号安全的函数
c.保存和恢复，在处理程序时把errno保存在一个局部变量中，返回时恢复。
d.阻塞所有信号，保护对共享全局数据结构的访问。
e.用volatile声明全局变量，
f.用sig_atomic_t声明标志，保证读写不可中断

二、信号调用函数

1. signal函数#include <signal.h>typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);功能：设置某一信号对应动作参数：signum：信号名handler：信号处理函数，当信号发生时调用此函数。返回值：成功返回处理函数的指针，失败返回SIG_ERR。2. 发送信号函数（kill函数和raise函数）#include <sys/types.h>#include <signal.h>2.1 int kill(pid_t pid, int sig);功能：将信号发送给进程或者进程组参数：pid > 0：发送给进程的进程IDpid = 0: 将信号发送给发送进程所属进程组的所有进程pid < 0: 发送给pid绝对值的进程pid = -1：发送给可发送的所有进程sig：信号名返回值：成功 0， 失败 -1.2.2 int raise(int sig);功能：允许进程 向自己发送信号参数：sig：信号名返回值：成功 0， 失败 -1.3. 定时函数（alarm函数和pause函数）#include <unistd.h>3.1 unsigned int alarm(unsigned int seconds);功能：设置一个定时器，当超时之后产生SIGALRM信号，如果忽略此信号，默认动作是终止此进程参数：seconds：时间，单位 秒返回值：0或者一起设置闹钟时间剩余的秒数注释：每个进程只能设置一个闹钟，如果调用alarm函数时，进程已经调用过了此函数则返回剩余时间数，时间被新值替换。3.2 int pause(void);功能：进程挂起直到捕捉到一个信号参数：无返回值：-1， errno 设置为 EINTR.4. 信号集函数#include <signal.h>4.1   int sigemptyset(sigset_t *set);功能：初始化set指向的信号集，清除其中所有信号。所有应用程序在使用信号集前必须调用sigfillset或者sigemptyset参数：set；信号集返回值：成功 0， 失败 -1.4.2 int sigfillset(sigset_t *set);功能：初始化set指向的信号集，使其包括所有信号。所有应用程序在使用信号集前必须调用sigfillset或者sigemptyset参数：set；信号集返回值：成功 0， 失败 -1.4.3  int sigaddset(sigset_t *set, int signum);功能：添加一个信号参数：set；信号集signum：信号返回值：成功 0， 失败 -1.4.4  int sigdelset(sigset_t *set, int signum);功能：删除一个信号参数：set；信号集signum：信号返回值：成功 0， 失败 -1.4.5  int sigismember(const sigset_t *set, int signum);功能：测试一个指定位，因为信号没有编号为0，所有从信号编号中减去1得到要处理的位编号。参数：set；信号集signum：信号返回值：成功 0， 失败 -1.5.检测和修改信号屏蔽字#include <signal.h>int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);功能：可以检测和修改进程的信号屏蔽字参数：how： SIG_BLOCK：该进程新的信号屏蔽字是set指向的信号集和当前信号屏蔽字的并集，阻塞信号SIG_UNBLOCK：该进程新的信号屏蔽字是set指向的信号集和当前信号屏蔽字的补集的交集，解除阻塞SIG_SETMASK：该进程新的信号屏蔽字是set指向的值set：非空指针，则how修改当前信号屏蔽字空指针：则how无意义6.返回信号集函数：sigpending  #include <signal.h>int sigpending(sigset_t *set);功能：返回一信号集参数：set：信号集返回值：成功 0，失败 -1.7.检测或修改以及指定信号相关联的处理动作#include <signal.h>int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);功能：检测或修改以及指定信号相关联的处理动作参数：signum：要修改或检测的信号act：非空指针：则要修改动作为空：  则由oldact指针返回信号上一个动作。oldact：指针   返回值：成功 0，失败 -1.struct sigaction {void     (*sa_handler)(int);void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);sigset_t   sa_mask;int        sa_flags;void     (*sa_restorer)(void);};当更改信号动作时，sa_handler是信号处理函数，sa_sigaction是替代的信号处理程序，sa_mask是一个信号集，调用信号处理函数之前新将信号集加入到信号屏蔽字中，这样当正在处理信号时候，再来这种信号就会被阻塞，sa_flags指对信号进程处理的各个选项，有以下选项。SA_NOCLDSTOP：若signo是SIGCHLD，当子进程终止产生此信号。SA_NOCLDWAIT：若signo是SIGCHLD，当子进程终止不创建僵尸进程，若调用wait则阻塞到所有子进程都终止SA_NODEFER：当捕捉到信号时，在执行其信号处理函数时，系统不自动阻塞此信号SA_ONSTACK：此信号递送给替换栈上的进程。SA_RESETHAND：此信号捕捉函数入口处，将此信号处理方式重置为SIG_DFL，清除SA_SIGINFO标准SA_RESTART：此信号中断的系统调用自动重启SA_SIGINFO：提供了一个指向siginfo结构的指针和指向进程上下文的标识符指针。8.非局部转移函数 sigsetjmp函数 和 siglongjmp函数      同setjmp函数longjmp函数功能一样，在 信号处理程序中调用siglongjmp跳回到主程序。不同之处是多了一个参数，如果savemask非0，则sigsetjmp在env中保存进程的当前信号屏蔽字。调用siglongjmp时，如果带非0 savemask的sigsetjmp调用已经保存env，则siglongjmp从其中恢复保存的信号屏蔽字。#include <setjmp.h>int sigsetjmp(sigjmp_buf env,int savemask);功能：可以保存当前执行线索状态参数：    env：存放调用siglongjmp时可以恢复栈状态的所有信息，通常为全局变量savemask：非0：env中保存当前进程信号屏蔽字返回值：直接调用返回 0，若从siglongjmp调用返回0.int siglongjmp(sigjmp_buf env, int val);功能：跳转函数参数：env：sigsetjmp调用的envval:非0值9.恢复信号屏蔽字的值#include <signal.h>int sigsuspend(const sigset_t *mask);功能：如果捕捉到一个信号而且信号处理函数返回，则sigsuspend返回，并且该信号屏蔽字设置为调用sigsuspend之前的值参数：由sigmask指向的值返回值：此函数没有成功返回值，如果返回到调用者则总是-1.10.程序异常终止函数#include <stdlib.h>void abort(void);功能：此函数将SIGABRT信号发送给调用进程
11.信号名和信号编号     #include <signal.h>11. void psignal(int sig, const char *s);void psiginfo(const siginfo_t *pinfo, const char *s);功能：打印与信号编号对应的字符串参数：sig：信号名s：  对应字符串11.2 #include <string.h>char *strsignal(int sig);功能：给定信号编号，返回信号字符串