信号

背景知识：

　　信号机制是进程之间相互传递消息的一种方法，信号全称为软中断信号，也有人称作软中断。从它的命名可以看出，它的实质和使用很象中断。所以，信号可以说是进程控制的一部分。

　　软中断信号（signal，又简称为信号）用来通知进程发生了异步事件。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。注意，信号只是用来通知某进程发生了什么事件，并不给该进程传递任何数据。

　　收到信号的进程对各种信号有不同的处理方法。处理方法可以分为三类：第一种是类似中断的处理程序，对于需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处理。第二种方法是，忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就象未发生过一样。第三种方法是，对该信号的处理保留系统的默认值，这种缺省操作，对大部分的信号的缺省操作是使得进程终止。进程通过系统调用signal来指定进程对某个信号的处理行为。

　　在进程表的表项中有一个软中断信号域，该域中每一位对应一个信号，当有信号发送给进程时，对应位置位。由此可以看出，进程对不同的信号可以同时保留，但对于同一个信号，进程并不知道在处理之前来过多少个。

　　发出信号的原因很多，这里按发出信号的原因简单分类，以了解各种信号：

　　①与进程终止相关的信号。当进程退出，或者子进程终止时，发出这类信号。

　　②与进程例外事件相关的信号。如进程越界，或企图写一个只读的内存区域（如程序正文区），或执行一个特权指令及其他各种硬件错误。

　　③与在系统调用期间遇到不可恢复条件相关的信号。如执行系统调用exec时，原有资源已经释放，而目前系统资源又已经耗尽。

　　④与执行系统调用时遇到非预测错误条件相关的信号。如执行一个并不存在的系统调用。

　　⑤在用户态下的进程发出的信号。如进程调用系统调用kill向其他进程发送信号。

　　⑥与终端交互相关的信号。如用户关闭一个终端，或按下break键等情况。

　　⑦跟踪进程执行的信号。

相关函数和头文件:

　　①signal.h

　　系统调用signal用来设定某个信号的处理方法。该调用声明的格式如下：

　　　　void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

　　在使用该调用的进程中加入以下头文件：

　　#include <signal.h>

　　②sigaction函数

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

　　sigaction函数用于改变进程接收到特定信号后的行为。该函数的第一个参数为信号的值，可以为除SIGKILL及SIGSTOP外的任何一个特定有效的信号（为这两个信号定义自己的处理函数，将导致信号安装错误）。第二个参数是指向结构sigaction的一个实例的指针，在结构sigaction的实例中，指定了对特定信号的处理，可以为空，进程会以缺省方式对信号处理；第三个参数oldact指向的对象用来保存返回的原来对相应信号的处理，可指定oldact为NULL。如果把第二、第三个参数都设为NULL，那么该函数可用于检查信号的有效性.第二个参数最为重要，其中包含了对指定信号的处理、信号所传递的信息、信号处理函数执行过程中应屏蔽掉哪些信号等等。

　　结构sigaction定义如下：

　　struct sigaction{

　　void (*sa_handler)(int);

　　sigset_t sa_mask;

　　int sa_flag;

　　void (*sa_sigaction)(int,siginfo_t *,void *);

　　};

　　sa_handler字段包含一个信号捕捉函数的地址

　　sa_mask字段说明了一个信号集，在调用该信号捕捉函数之前，这一信号集要加进进程的信号屏蔽字中。仅当从信号捕捉函数返回时再将进程的信号屏蔽字复位为原先值。

　　sa_flag是一个选项，主要理解两个:

　　　　SA_INTERRUPT 由此信号中断的系统调用不会自动重启

　　　　SA_RESTART 由此信号中断的系统调用会自动重启

　　　　SA_SIGINFO 提供附加信息，一个指向siginfo结构的指针以及一个指向进程上下文标识符的指针

　　最后一个参数是一个替代的信号处理程序，当设置SA_SIGINFO时才会用他。

　　③sigemptyset

　　函数初始化信号集合set，将set 设置为空。

　　④信号所传递的每一个整数都被赋予了特殊的意义，并有一个信号名对应该整数。常见的信号有SIGINT, SIGQUIT, SIGCONT, SIGTSTP, SIGALRM等。这些都是信号的名字。你可以通过$man 7 signal来查阅更多的信号。上面几个信号中，

　　SIGINT 当键盘按下CTRL+C从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是中断 (INTERRUPT) 该进程。

　　SIGQUIT 当键盘按下CTRL+从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是退出 (QUIT) 该进程。

　　SIGTSTP 当键盘按下CTRL+Z从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是暂停 (STOP) 该进程。

　　SIG_DFL：默认信号处理程序
　　SIG_IGN：忽略信号的处理程序

　　SIGCONT 用于通知暂停的进程继续。

　　SIGALRM 起到定时器的作用，通常是程序在一定的时间之后才生成该信号。

　　⑤kill()

　　原型:int kill(pid_t pid,int signo)

　　作用:该系统调用可以用来向任何进程或进程组发送任何信号。参数pid的值为信号的接收进程;sinno是信号值，当为0时（即空信号），实际不发送任何信号，但照常进行错误检查，因此，可用于检查目标进程是否存在，以及当前进程是否具有向目标发送信号的权限（root权限的进程可以向任何进程发送信号，非root权限的进程只能向属于同一个session或者同一个用户的进程发送信号）。

　　⑥pause()

　　阻塞进程,直到有信号产生

1、接收SIGINT信号,始终执行自定义处理

任务描述:

打印字符串,忽略ctrl+c的中断信号

main.c:

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

struct sigaction act;

void doit(int sig)
{
    printf("ha ha you can't close me
");
}

int main(void) 
{
    act.sa_handler=doit;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags=0;
   
    if(sigaction(SIGINT,&act,NULL)!=0){
        perror("sigaction error
");
        exit(1);
    }
   
    while(1){
        printf("hello,world
");
        sleep(1);   
    }
    return 0;
}

2、接收SIGINT信号,执行一次自定义处理后,恢复默认行为

任务描述:

打印字符串,第一次按ctrl+c没有用,第二次按生效

main.c:

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

struct sigaction act;

void doit(int sig)
{
    printf("ha ha you can't close me
");
    act.sa_handler=SIG_DFL;
    sigaction(SIGINT,&act,NULL);
}

int main(void) 
{
    struct sigaction act;
    act.sa_handler=doit;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags=0;
   
    if(sigaction(SIGINT,&act,NULL)!=0){
        perror("sigaction error
");
        exit(1);
    }
   
    while(1){
        printf("hello,world
");
        sleep(1);   
    }
    return 0;
}

3、模拟时钟

任务描述:

在5秒内,如果没有接受到其他信号,则提示时间到了

main.c:

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

struct sigaction act;

void doit(int sig)
{
    printf("It's time to get up
");
}

int main(void) 
{
    act.sa_handler=doit;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags=0;
    if(sigaction(SIGALRM,&act,NULL)!=0){
        perror("sigaction error
");
        exit(1);
    }
   
    pid_t pid;
    pid=fork();
    if(pid<0){
        printf("error
");
        return -1;
    }
    if(pid==0){
        sleep(5);
        kill(getppid(),SIGALRM);      
    }
    else{
        printf("get a signal
");
        pause();
    }  
    return 0;
}

4、带有超时功能的read

任务描述:

在5秒内输入字符串,否则提示超时

相关知识:

　　①setjmp.h是C标准函数库中提供“非本地跳转”的头文件：控制流偏离了通常的子程序调用与返回序列。互补的两个函数setjmp与longjmp提供了这种功能。

　　setjmp/longjmp的典型用途是异常处理机制的实现：利用longjmp恢复程序或线程的状态，甚至可以跳过栈中多层的函数调用。

　　在信号处理机制中，进程在检查收到的信号，会从原来的系统调用中直接返回，而不是等到该调用完成。这种进程突然改变其上下文的情况，就是通过使用setjmp和longjmp来实现的。setjmp将保存的上下文载入用户空间，并继续在旧的上下文中继续执行。这就是说，进程执行一个系统调用，当因为资源或其他原因要去睡眠时，内核为进程作了一次setjmp，如果在睡眠中被信号唤醒，进程不能再进入睡眠时，内核为进程调用longjmp，该操作是内核为进程将现在的上下文切换成原先通过setjmp调用保存在进程用户区的上下文，这样就使得进程可以恢复等待资源前的状态，而且内核为setjmp返回1，使得进程知道该次系统调用失败。另一种用在多线程程序中同步访问的方法是使用互斥量。它允许程序员锁住某个对象，使得每次只能有一个线程访问它。为了控制对关键代码的访问，必须在进入这段代码之前锁住一个互斥量，然后在完成操作之后解锁它。

　　②int setjmp(jmp_buf env)

　　建立本地的jmp_buf缓冲区并且初始化，用于将来跳转回此处。这个子程序[保存程序的调用环境于env参数所指的缓冲区，env将被longjmp使用。如果是从setjmp直接调用返回，setjmp返回值为0。如果是从longjmp恢复的程序调用环境返回，setjmp返回非零值。

　　void longjmp(jmp_buf env, int value) 恢复env所指的缓冲区中的程序调用环境上下文，env所指缓冲区的内容是由setjmp子程序[1]调用所保存。value的值从longjmp传递给setjmp。longjmp完成后，程序从对应的setjmp调用处继续执行，如同setjmp调用刚刚完成。如果value传递给longjmp零值，setjmp的返回值为1；否则，setjmp的返回值为value。

　　setjmp保存当前的环境（即程序的状态）到平台相关的一个数据结构 (jmp_buf)，该数据结构在随后程序执行的某一点可被 longjmp用于恢复程序的状态到setjmp调用所保存到jmp_buf时的原样。这一过程可以认为是"跳转"回setjmp所保存的程序执行状态。setjmp的返回值指出控制是正常到达该点还是通过调用longjmp恢复到该点。因此有编程的惯用法: if( setjmp(x) ){/* handle longjmp(x) */}。

　　jmp_buf 数组类型，例如struct int[16]或struct __jmp_buf_tag[3]，用于保存恢复调用环境所需的信息。

　　③alarm也称为闹钟函数，它可以再进程中设置一个定时器，当定时器指定的时间到时，它向进程发送SIGALARM信号。要注意的是，一个进程只能有一个闹钟时间，如果在调用alarm之前已设置过闹钟时间，则任何以前的闹钟时间都被新值所代替。当在调用alarm()前已经设置了一个闹钟，那么我们可以调用alarm(0)来取消此闹钟，并返回剩余时间。

　　函数原型

　　　　unsigned int alarm（unsigned int seconds)

　　函数参数

　　　　seconds:指定秒数

　　函数返回值

　　　　成功：如果调用此alarm（）前，进程已经设置了闹钟时间，则返回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0。

　　　　出错：-1

main.c:

#include<stdio.h> // perror
#include<unistd.h> // read(), write(), alarm()
#include<signal.h> // signal() 
#include<stdlib.h> // exit() 
#include<setjmp.h> // setjmp(), lonjmp() 

#define MAXLINE 80

struct sigaction act;

jmp_buf myjmp;

void sig_alrm(int sig)
{
    
    longjmp(myjmp,1);    
    exit(0);
}

int main(void)
{
    int n;
    char a[MAXLINE];
    
    act.sa_handler=sig_alrm;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags=0;
        
    if(sigaction(SIGALRM,&act,NULL)!=0){
        perror("sigaction error
");
        exit(1);
    }

    //setjmp一开始默认是0
    if (setjmp(myjmp) != 0){
        printf("read timeout
");
        exit(0);
    }
        
    alarm(5);//指定时间到时发送SIGSLARM信号,若5秒内执行到了alarm(0)则取消发送alarm信号，否则进入子函数的longjmp返回1到setjmp，退出整个程序
    printf("please input something in 5 seconds
");    
    n=read(0,a,sizeof(a));
    alarm(0);
    printf("your input string is :
");
    write(1,a,n);
    exit(0);
}

5、屏蔽SIGINT信号,当来SIGINT信号后,恢复所有信号的正常处理

任务描述:

sigsuspend屏蔽SIGINT信号,并挂起进程,然后SIGQUIT信号来之后开始正常处理