浅谈Linux中的信号处理机制（三）

一晃眼，已经到9月底了，都来不及去感慨时间匆匆。最近常常会想明年的今天我将会在那里干着什么样的工作？对未来又是憧憬又是担忧，压力山大。无论如何现在还是踏踏实实的学习吧，能这样安安静静学习的日子也不多了。不扯了，还是接着前面的写吧。

SA_RESTART语义

在上篇提到过，SA_RESTART标志的作用是重启系统调用。其作用是建立在这样的基础上的：在Linux系统上，如果进程正在执行一个低速系统调用期间捕捉到一个信号，那么该系统调用会被中断，在处理完信号之后，这个系统调用将不会继续执行。随后返回错误，errno被设置为EINTR。所谓的慢速系统调用包括但不局限于以下：

对慢速设备（pipe、terminal、FIFO、socket）的读取操作，当其上不存在数据时，可能会阻塞当前的系统调用
如果数据不能被相同的类型文件立即接受，写操作可能会使调用者永远阻塞
在某种条件发生之间打开某些类型的文件，可能会发生阻塞（是的open()也会阻塞，打开FIFO的时候就有可能）
pause()、wait()系列函数
某些ioctl()操作
某些IPC操作（mq_receive()等）
设置文件锁的函数flock()、fcntl()等
epoll_wait() epoll_pwait()
select() poll()

以我现在的功力总结全面是不可能的，平时当我们遇上进程要处理会阻塞的系统调用时，就需要留个心眼儿，要考虑一下被信号中断的情况。在不使用SA_RESTART的时候，我们要重启系统调用时，可以这样组织代码：

int cnt;
while((cnt = read(fd,buf,BUFSIZE))==-1 && errno== EINTR)               //read()如果被中断返回错误，就会自动重启
    continue;
...
if(cnt == -1)
    exit(-1);                                                          //其他使read()出错的情况

　　我反正是不喜欢的这样的代码风格的，有了SA_RESTART这个标志，我们本可以把代码写得更加优雅：

#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#define BUFSIZE 1024

void handler(int sig)
{
}

int main()
{
    struct sigaction act;
    act.sa_flags = SA_RESTART;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_handler = handler;
    if(sigaction(SIGINT,&act,0) == -1)
        exit(-1);    
    char buf[BUFSIZE] = {0};
    read(0,buf,BUFSIZE-1);
    write(1,buf,BUFSIZE);
}

　　在之前的一篇博客上，曾使用过这个标志，应该说这个标志位还是比较常用的一个，特别是在socket编程中。

可重入函数与不可重入函数

在《c++11 Thread库之原子操作》中提到了多线程程序中多个线程之间数据共享所引起的问题。其实在有信号处理的程序中也存在着这样的问题，因为信号可能会在程序执行的某一时间点异步中断程序，转而去执行信号处理函数。和多线程程序一样，这时候程序就有了两个执行的线程，虽然不是并发的。如果一个进程的多条线程可以同时安全地（能产生预期的效果）执行某一函数，那么我们称这个函数是可重入函数，反之则为不可重入函数。

我做了一个gif图来表示不可重入函数，就拿我们最熟悉的printf()函数来举例，我们已经知道printf()函数是行缓冲的IO函数，而这个缓冲区是一个全局的buffer。当主线程中正在执行printf()的时候，一个信号过来了，那么进程会把这个当前线程暂停，转而去执行信号处理函数，恰巧这个信号处理函数中，也调用了printf()函数，于是buf就被修改了（图中用变了颜色来表示），当信号处理函数返回以后，主线程恢复执行，而此时它正在使用的buf已经不是之前的那个buf了。于是可能会出现一些意料之外的输出。

　　一般来讲，更新全局数据结构的函数，是不可重入的函数。通常有这几类：

使用静态数据结构保存返回信息的函数，有 getlogin() gethostbyname() crypt()...
malloc() free()因为他们在内部维护了一个全局的链表来记录分配和释放的内存的相关信息
标准IO函数，他们大都是行缓冲的，而所使用的缓冲区是一个全局的buffer

当我们所编写的函数要更新全局变量该怎么办呢？sig_atomic_t这种数据类型是C语言标准所规定的一种原子操作的数据类型，关于原子操作的内容可移步：《c++11 Thread库之原子操作》。具体用法和c++11中的std::atomic类型类似，不再赘述。值得一提的是，使用这个数据类型时，应当使用volatile关键字声明，以防止编译器把其优化到寄存器之中。

GDB调试与信号

在使用gdb调试程序时，缺省情况下信号会被gdb截获，导致要调试的程序无法接收到信号，我们可以使用info handle来查看信号的缺省处理方式，同样info signals可以查看接受到的信号。要想在调试的程序中使用信号，我们需要使用gdb中的handle这个命令，具体用法如这个形式：handle signal keywords。keywords的取值如下：

keywords	说明	keywords	说明
stop	当GDB收到signal，停止被调试程序的执行	nostop	当GDB收到指定的信号，不会应用停止程序的执行，只会打印出一条收到信号的消息
print	如果收到signal，打印出一条信息	noprint	不会打印信息
pass	如果收到signal，把该信号通知给被调试程序	nopass	不会告知被调试程序收到signal
ignore	同nopass	noignore	同pass

handle命令还是比较简单的，设置完以后，可以像普通的程序那样调试了。

关于信号暂时先总结这么多吧，以后用到了什么再慢慢往里边塞吧!