Linux信号处理浅析

一、信号从发送到被处理经历的过程

1、常见概念

(1) 信号阻塞

阻塞，即被进程拉黑，信号被发送后，分为两种情况，一种是被阻塞了（被拉黑了），一种是没有被阻塞。

(2) 信号未决

在信号被进程处理之前的过程，都可以称为信号未决

(3) 信号递达

信号被进程处理，我们称为信号递达

(4) 信号忽略

进程收到信号后直接忽略，不进行处理，是否还有默认处理呢？（忽略中断信号，验证是否会中断）

(5) 阻塞信号集

指一个进程中当前阻塞而不能够递送给该进程的信号集

(6) 未决信号集

指当前进程未处理的信号集，收到阻塞的信号，未决信号集该信号位会置1，解除阻塞后会置0。

2、信号保存的方式（内核级）

block表：对应的信号是否被阻塞，0表示不阻塞，1表示阻塞

pending表：信号是否被收到，0表示未收到该信号，1表示收到该信号

handler表：表示对应信号的处理方式（函数），存放的是函数的地址（函数指针）

3、信号从发送到被处理

第一列表示第 N 号信号，以第二行为例，阻塞信号为 1 ，说明该信号被阻塞了（相当于在进程的黑名单里），后面的未决信号是0还是1都无所谓了

以第四行为例，阻塞信号为0，该信号没有被阻塞，未决信号为1，说明收到这个信号了，对应的处理方式是 sighandler函数，那就会执行该函数

注意：

SIG_DFL(signal default)：信号默认处理方式

SIG_IGN(signal ignore)：忽略信号

总结

先看block，如果block为1，即信号被拉黑，是否收到信号都不重要了

如果block不为1，那就再看pending是否为1，即是否收到信号

二、信号集操作（信号保存）

阻塞信号其实就是要修改block表，但是要怎么修改呢？如果只是传递单个信号，或许可以直接以某种方式告诉OS我希望阻塞哪个信号，但是，如果要修改多个信号呢？？OS给出了一种方案来解决传递单个或者多个信号，那就是直接传递位图！！

收到一个信号之后执行信号处理函数，在执行信号处理函数的过程中如果又来了一个相同的信号，那么这个信号将会被阻塞，直到信号处理函数执行完之后，再响应被阻塞的信号，注意如果信号被阻塞期间又收到了该信号，那么多个信号的处理会被合并为1次。

信号集就是用来记录当前收到了哪个信号，会把当前信号的标志位置成“正在处理”，如果此时再收到该信号，那么信号就阻塞等待，使用数据类型sigset_t表示信号集，在Linux中该类型是一个32位无符号整数，这是因为在Linux中定义了32种信号，每一个信号用32位无符号整型变量中的一位来标志，如果该位置为1，那么表示正在处理该信号，如果置为0表示可以处理该信号。

未决信号集保存当前为处理的信号集。

信号屏蔽字又叫阻塞信号集，是指一个进程中当前阻塞而不能够递送给该进程的信号集。每个进程都有一个信号屏蔽字，它规定了当前要阻塞递达到该进程的信号集

1、特定的数据类型sigset_t

既然要传递位图，要用什么来表示位图呢？第一想法是int/uint32_t，不同的操作系统，实现位图的方式可能有所不同，Linux操作系统不光给我们提供了保存位图的数据类型 sigset_t，还有对应的函数来操作位图（下面说）

——》sigset_t 可以看作是一个信号集，保存着1~31号信号的状态，0表示没收到，1表示收到了

2、操作信号集的函数

(1) sigemptyset函数，清空信号集，全部位置置0。GUN C库中的非标准函数

int sigemptyset ( sigset_t *set);

成功返回0，失败返回-1

(2) sigfillset函数：初始化信号集，全部置1。GUN C库中的非标准函数

int sigfillset( sigset_t *set);

成功返回0，失败返回-1

(3) sigaddset函数：向信号集中添加一个信号，将对应信号置1。标准函数

假设一开始所有的比特位都是 0（0000 0000 ...），如果我们希望把第二个信号阻塞，那么就需要先把信号集的第二个比特位设置为1（0100 0000....），然后再传给信号阻塞函数

int sigaddset( sigset_t *set, int signum);

第一个参数是传入信号集的地址，第二个参数是要把哪个位置（信号）设置成1，成功返回0，失败返回-1

(4) sigdelset函数：从信号集中删除一个信号，将对应信号置0。标准函数

（假设前面已经阻塞了2号信号）这个时候的比特位显示为0100 0000....，现在我们不希望阻塞2号信号，那么需要把第二个位置（信号）设置为 0 （0000 0000....）

int sigdelset( sigset_t *set, int signum);

第一个参数是传入信号集的地址，第二个参数是要把哪个位置（信号）设置成1，成功返回0，失败返回-1

(5) sigismember函数：判断某个信号是否为信号集的成员（判断是否在信号集中）。标准函数

如果对应位置（信号）的比特位为1，说明在信号集中，如果为0，说明不在信号集中

int sigismember( sigset_t *set, int signum);

成功返回1，失败返回0

如果使用sigemptyset()初始化信号集（信号集的所有位置0），此时可以接收到所有的信号

如果使用sigfillset()初始化信号集（信号集的所有位置1），此时屏蔽所有信号，当然SIGKILL和SIGQUIT信号是不能屏蔽的

sigaddset()和sigdelset()的意义在于指定屏蔽某信号或者接收某信号

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

how取值有下列三个：

SIG_BLOCK ：set中包含的是希望阻塞的附加信号，合并set中的信号集

SIG_UNBLOCK：set中包含的是希望解除阻塞的信号，删除set中的信号集

SIG_SETMASK：set中包含的是现有屏蔽字的代替值，替换set中的信号集

若oset是非空指针，则返回进程的当前信号屏蔽字。

若set为空，则进程信号屏蔽字不变，how值无意义。

另外，注意一点，不可以阻塞SIGKILL和SIGSTOP信号。

注意：调用该接口将信号设置为非阻塞时，若该信号已经是阻塞状态，则在该函数返回前马上会发给该线程

int sigpending ( sigset_t *set );

此函数通过set返回当前检查未决的信号集。其中的各个信号对于调用进程是阻塞的而不能递送，因而也一定是当前未决的。

signal 函数的使用方法简单，但并不属于 POSIX 标准，在各类 UNIX 平台上的实现不尽相同，因此其用途受到了一定的限制。而 POSIX 标准定义的信号处理接口是 sigaction 函数。

int sigaction ( int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact ) ;

signum：要操作的信号。

act：要设置的对信号的新处理方式。

oldact：原来对信号的处理方式。

返回值：0 表示成功，-1 表示有错误发生。

struct sigaction
{
void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void*);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
};

这个结构体中，成员 sa_handler 是一个函数指针，其含义与 signal 函数中的信号处理函数类似。成员sa_sigaction 则是另一个信号处理函数，它有三个参数，可以获得关于信号的更详细的信息。当 sa_flags 成员的值包含了 SA_SIGINFO 标志时，系统将使用 sa_sigaction 函数作为信号处理函数，否则使用 sa_handler 作为信号处理函数。在某些系统中，成员 sa_handler 与 sa_sigaction 被放在联合体中，因此使用时不要同时设置。

sa_mask 用来指定在信号处理函数执行期间需要被屏蔽的信号，特别是当某个信号被处理时，它自身会被自动放入进程的信号掩码，因此在信号处理函数执行期间这个信号不会再度发生。

sa_flags 用于指定信号处理的行为，它可以是一下值的“按位或”组合。

◆ SA_RESTART：如果信号中断了进程的某个系统调用，则系统自动启动该系统调用
◆ SA_NOCLDSTOP：使父进程在它的子进程暂停或继续运行时不会收到 SIGCHLD 信号。
◆ SA_NOCLDWAIT：使父进程在它的子进程退出时不会收到 SIGCHLD 信号，这时子进程如果退出也不会成为僵尸进程。
◆ SA_NODEFER：一般情况下，当信号处理函数运行时，内核将阻塞该给定信号。但是如果设置了 SA_NODEFER标记，那么在该信号处理函数运行时，内核将不会阻塞该信号。
◆ SA_RESETHAND：当调用信号处理函数时，将信号的处理函数重置为缺省值SIG_DFL。
◆ SA_SIGINFO：使用 sa_sigaction 成员而不是 sa_handler 作为信号处理函数。

re_restorer 是一个已经废弃的数据域，不要使用。

可重入函数

一个函数被重入，表示这个函数没有执行完成，由于外部因素或内部调用，又一次进入该函数执行。一个函数要被重入，只有两种情况：

1、多线程同时执行这个函数

2、函数自身（可能经过多层调用之后）调用自身

一个函数可重入，表示这个函数被重入后不会产生任何不良后果。要成人可重入函数必须有以下特定：

1、不使用任何（局部）静态或全局的非const变量

2、不返回任何（局部）静态或全局的非const变量的指针

3、依赖调用方提供参数

4、不依赖任何单个资源的锁

5、不调用任何不可重入的函数