Linux Signal 示例

摘要： 訊號是系統響應某些條件而產生的一個事件，接收到該信的程序做出相應的處理。通常信是由錯誤產生的，如段錯誤(SIGSEGV )。 但信還可以作為程序間通訊的一種方式，由一個程序傳送給另一個程序。 訊號定義在signal.h 檔案中，以SI...

訊號是系統響應某些條件而產生的一個事件，接收到該信的程序做出相應的處理。通常信是由錯誤產生的，如段錯誤(SIGSEGV )。 但信還可以作為程序間通訊的一種方式，由一個程序傳送給另一個程序。

訊號定義在signal.h 檔案中，以SIG 作為開頭，可用kill -l 命令檢視，詳細資訊參見ofollow,noindex">man 7 signal 。

訊號處理

訊號可以通過signal 和sigaction 函式來註冊處理，signal 函式是struct sigaction 中sa_handler 的一種便捷實現。

signal 函式

原型：

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

其中sig 是需要捕獲的signal number , 後一個是捕獲到訊號後的處理函式指標，所以處理函式的原型必須是void func(int) ，簡單的程式碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

static void
handler(int sig)
{
printf("Recieved signal: %d\n", sig);
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
signal(SIGINT, handler);

printf("Caught SIGINT, input 'quit' to exit...\n");
// wait signal caught
char buf[1024] = {0};
while (1) {
printf("Please input: ");
scanf("%s", buf);
if (strcmp(buf, "quit") == 0) {
break;
}
}
printf("Exit...\n");
return 0;
}

另外api 中也提供了下面 2 個特殊的handler :

• SIG_IGN

  忽略此訊號

• SIG_DFL

  恢復此訊號的預設行為

sigaction 函式

原型：

int sigaction(int sig, const struct sigaction *restrict act,
struct sigaction *restrict oact);

其中sig 為signal number ,act 指定訊號的處理行為，oact 如果不為NULL 則返回訊號之前的處理行為。

struct sigaction 的主要成員如下：

型別	名稱	描述
void(*) (int)	sa_handler	處理函式指標，同 signal 函式中的func 引數
sigset_t	sa_mask	訊號遮蔽字，是指當前被阻塞的一組訊號，不能被當前程序收到
int	sa_flags	處理行為修改器，指明哪種處理函式生效，詳見下文
void(*) (int, siginfo_t *, void *)	sa_sigaction	處理函式指標，僅 sa_flags == SA_SIGINFO 時有效

其中sa_flags 主要可以設定為以下值：

• SA_NOCLDSTOP

  子程序停止時不產生SIGCHLD 訊號

• SA_RESETHAND

  將訊號的處理函式在處理函式的入口重置為SIG_DFL

• SA_RESTART

  重啟可中斷的函式而不是給出EINTR 錯誤

• SA_SIGINFO

  使用sa_sigaction 做為訊號的處理函式

• SA_NODEFER

  捕獲到訊號時不將它新增到訊號遮蔽字中

簡單的程式碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

#define SIG SIGINT

static void
sig_handler(int sig, siginfo_t *si, void *data)
{
printf("Caught signal: %d\n", sig);
printf("Sender pid: %d\n", si->si_pid);
printf("Sender uid: %d\n", si->si_uid);
}

static int
sig_caught(int sig)
{
printf("Start caught signal: %d\n", sig);
struct sigaction sa;
sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
sa.sa_sigaction = sig_handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
int ret = sigaction(sig, &sa, NULL);
if (ret == -1) {
printf("Failed to caught signal: %d\n", sig);
return -1;
}

return 0;
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
if (sig_caught(SIG) == -1) {
return -1;
}

printf("Caught signal(%d), input 'quit' to exit...\n", SIG);
char buf[1024] = {0};
while(1) {
printf("Please input: ");
scanf("%s", buf);
if (strcmp(buf, "quit") == 0) {
break;
}
}
printf("Exit...\n");
return 0;
}

訊號遮蔽字

考慮一下這種情況：在signal()/sigaction() 返回之前程序就已經收到了需要處理的訊號，此時程序會以預設行為來處理，這顯然不符合我們的期望。 這時就需要用到訊號遮蔽字了，在程序啟動時就將需要處理的訊號加入的遮蔽字中，等signal()/sigaction() 返回後再解除遮蔽，解除遮蔽後至少會將收到的待處理訊號傳送一個給程序。

遮蔽字用到一下函式：

int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);
int sigprocmask(int how, const sigset_t *restrict set,
sigset_t *restrict oset);

sigprocmask 中set 為需要設定的遮蔽字集，oset 為之前的遮蔽字集，how 控制著set 如何生效，可設定為以下值：

• SIG_BLOCK

  該程序的遮蔽字集將為當期遮蔽字集與set 的並集，set 中包含了需要遮蔽的訊號集

• SIG_UNBLOCK

  該程序的遮蔽字集將為當期遮蔽字集與set 的補集的交集，set 中包含了需要解除遮蔽的訊號集

• SIG_SETMASK

  該程序的遮蔽字集將設定為set 的值

簡單的設定流程如下：

int
sig_block(int sig, int how)
{
sigset_t mask;
sigemptyset(&mask)
sigaddset(&mask, sig);
sigprocmask(how, &mask, NULL);
}

訊號傳送

訊號可以通過kill 函式傳送給指定程序，也可以通過raise 或者alarm 函式傳送給當前執行的執行緒或程序，下面來分別說說這幾個函式。

kill

原型：

int kill(pid_t pid, int sig);

kill 函式向指定程序傳送指定的訊號，如果訊號為 0 將執行錯誤檢查，訊號並不會傳送，可以用來檢查pid 的有效性。

pid 大於 0 時訊號將傳送給此程序，pid 小於等於 0 時，如下：

• 等於 0

  訊號將傳送給傳送者所在組裡的所有程序

• 等於 -1

  訊號將傳送給所有程序

• 小於 -1

  訊號將傳送給程序組為pid 絕對值的所有組內程序

alarm

原型：

unsigned alarm(unsigned seconds);

alarm 函式將在指定的seconds 之後傳送一個SIGALRM 訊號，如果seconds 為 0, 則取消之前的定時器請求。如果不為 0 則取消之前的請求，重新設定為seconds 。 如果在等待結束之前有其他的事件產生，那定時器請求也將被取消。

簡單的程式碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

static void
handler(int sig)
{
printf("alarm arrived: %d\n", sig);
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
signal(SIGALRM, handler);

alarm(2);

sleep(2);
printf("alarm 5s over\n");

alarm(10);
sleep(1);

unsigned int remaining = alarm(3);
printf("alarm 10s remain: %u, reset to 3\n", remaining);
sleep(3);
printf("alarm 3s over\n");

alarm(20);
sleep(3);

remaining = alarm(0);
printf("cancel alarm 20s, remian: %u, exit...\n", remaining);
}

raise

原型：

int raise(int sig);

raise 函式將給當前執行的執行緒或程序傳送訊號，如果訊號處理函式已經被呼叫，raise 函式將等待訊號處理函式呼叫結束才返回。

結語

訊號處理函式是會被重複呼叫的，所以必要儲存其是可重入的，注意處理邏輯。

另外本文中的程式碼都在signal 中，這個repo 也有其它的示例，有興趣的可以看看。

附錄

訊號表

/* ISO C99 signals.*/
#define SIGINT2/* Interactive attention signal.*/
#define SIGILL4/* Illegal instruction.*/
#define SIGABRT6/* Abnormal termination.*/
#define SIGFPE8/* Erroneous arithmetic operation.*/
#define SIGSEGV11/* Invalid access to storage.*/
#define SIGTERM15/* Termination request.*/

/* Historical signals specified by POSIX. */
#define SIGHUP1/* Hangup.*/
#define SIGQUIT3/* Quit.*/
#define SIGTRAP5/* Trace/breakpoint trap.*/
#define SIGKILL9/* Killed.*/
#define SIGBUS10/* Bus error.*/
#define SIGSYS12/* Bad system call.*/
#define SIGPIPE13/* Broken pipe.*/
#define SIGALRM14/* Alarm clock.*/

/* New(er) POSIX signals (1003.1-2008, 1003.1-2013).*/
#define SIGURG16/* Urgent data is available at a socket.*/
#define SIGSTOP17/* Stop, unblockable.*/
#define SIGTSTP18/* Keyboard stop.*/
#define SIGCONT19/* Continue.*/
#define SIGCHLD20/* Child terminated or stopped.*/
#define SIGTTIN21/* Background read from control terminal.*/
#define SIGTTOU22/* Background write to control terminal.*/
#define SIGPOLL23/* Pollable event occurred (System V).*/
#define SIGXCPU24/* CPU time limit exceeded.*/
#define SIGXFSZ25/* File size limit exceeded.*/
#define SIGVTALRM26/* Virtual timer expired.*/
#define SIGPROF27/* Profiling timer expired.*/
#define SIGUSR130/* User-defined signal 1.*/
#define SIGUSR231/* User-defined signal 2.*/

/* Nonstandard signals found in all modern POSIX systems
(including both BSD and Linux).*/
#define SIGWINCH28/* Window size change (4.3 BSD, Sun).*/

/* Archaic names for compatibility.*/
#define SIGIOSIGPOLL /* I/O now possible (4.2 BSD).*/
#define SIGIOTSIGABRT /* IOT instruction, abort() on a PDP-11.*/
#define SIGCLDSIGCHLD /* Old System V name */

/* Not all systems support real-time signals.bits/signum.h indicates
that they are supported by overriding __SIGRTMAX to a value greater
than __SIGRTMIN.These constants give the kernel-level hard limits,
but some real-time signals may be used internally by glibc.Do not
use these constants in application code; use SIGRTMIN and SIGRTMAX
(defined in signal.h) instead.*/
#define __SIGRTMIN32
#define __SIGRTMAX__SIGRTMIN

/* Biggest signal number + 1 (including real-time signals).*/
#define _NSIG(__SIGRTMAX + 1)