操作系统 — 捕捉信号

本是古典何须时尚 2022-06-01 03:45 314阅读 0赞

# 捕捉信号 #

从上篇 [浅析信号][Link 1] 中我们了解到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,也有人称作为软中断. 从它的命名

可以看出来 它的实质和使用和中断非常相似，所以，信号也可以说是进程控制的一部分.

软中断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情，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三种不同的处理方法:  第一种 直接忽略某个信号，什么也不做.  第二种 对该信号的处理保留系统的默认值，

这种缺省 操作无外乎就是5种！ 1.生成core文件然后结束进程 2.继续执行 3.直接结束进程 4.暂停此进程 5.想父进程发送我已经执行

结束，等待回收资源. 第三种  就是类似于中断的处理程序，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.

在进程表选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(类似于位图). 由此可以看出

来，进程对 不同的信号可以同时保留，但对同一个信号，进程并不知道处理之前来过多少个. 前31个信号都是这种结构所以为非实时信号.

而我们这篇博客的着重点就是上面的进程对信号处理方式的第三种，也就是对需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处

理. 也就是 我们的信号捕捉!!!! 首先我们应该明白信号捕捉的过程中都发生了那些事情！

![SouthEast][]

##     ##

## 内核如何实现信号的捕捉 ##

如果信号的处理动作是用户自定义函数，在信号递达时就调用这个函数，这称为捕捉信号. 由于信号处理函数的代码是在用户空间的，

处理过程 比较复杂，举例如下：

**1.用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler.**

**2.当前正在执行main函数，这时发生中断或异常切换到内核态.**

**3.在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号SIGQUIT递达.**

**4.内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行，而是执行sighandler函数. sighandler**

**和main函数使用不同的堆栈空间，他们之间不存在调用和被调用的关系，是两个独立的控制流程.**

**5.sighandler函数返回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态**

**6.如果没有新的信号抵达，这次再返回用户态就是恢复main函数的上下文继续执行了**.

##     ##

## signal函数 ##

#include <signal.h>
    
    typedef void (*sighandler_t)(int);
    
    sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

该函数的作用在进程当中注册信号，图中typedef出来的sighandler\_t是一个函数指针，因为这个signal函数的返回值是一个旧的信号处

理函数 或者返回SIG\_ERR. 第一个参数填写指定的信号. 第二个参数有三种情况 :  **SIG\_IGN**  让进程忽略指定信号   **SIG\_DFL** ：让进程对

待指定信号 执行其默认处理方式. **传入指向自定义函数的函数指针** 让进程对待指定信号执行你传入的信号处理方法.

/*************************************************************************
    	> File Name: 11.c
    	> Author: ma6174
    	> Mail: ma6174@163.com 
    	> Created Time: Wed 17 Jan 2018 04:43:59 PM PST
     ************************************************************************/
    
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<signal.h>
    #include<unistd.h>
    
    void handler(int s)
    {
    	printf("fuck you! you can't kill me'%d\n",s);
    }
    
    int main()
    {
    	__sighandler_t oldhandler = NULL;
    	if((oldhandler = signal(SIGINT,handler)) == SIG_ERR)
    	{
    		perror("signal"),exit(1);
    	}
    
    	while(1)
    	{
    		printf("i am happy\n",sleep(1));
    	}
    }

这段代码非常容易理解，我让这个进程拥有特殊的信号处理函数，让它可以无视ctrl+c信号的操作. 那么我们来看看运行结果:

![SouthEast 1][]

我看到这个进程这么happy，我就很不开心了![微笑][smile.gif]，我用ctrl+c终止它的时候，它还还嘴说fuck you. 于是我一怒之下！

使用了ctrl+\\ 结 束了这个进程.

![SouthEast 2][]

这个进程太皮了，还跟我做对. 我有一万种方法处理它. 不过呢，能够帮助大家学习signal函数，让它皮一下也没关系. 接下来我们

继续往下走.

## sigaction函数 ##

#include <signal.h>
    
    int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作. 调用成功则返回0，出错则返回-1.signo是指定信号的编号. 若act指针

非空，则根 据cat修改该信号的处理动作. 若oldact指针非空，则通过oldact传出该信号原来的处理动作.

act和oldact指向sigaction的结构体:

struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int); //存放普通信号处理函数的位置.
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);  //存放实时信号处理函数的位置
    sigset_t   sa_mask; //处理信号的同时，对当前信号进行屏蔽.
    int        sa_flags; //填0即可
    void     (*sa_restorer)(void); //现在不需要了解到它.
    };

将sa\_handler赋值为常数SIG\_IGN传给sigaction表示忽略信号. 赋值为常数SIG\_DFL表示执行系统默认动作，赋值为一个函数指针表示用

自定义函数 捕捉信号，或者说想内核注册了一个信号处理函数，该函数返回值为void,可以带一个int参数，通过参数可以得知当前信号

的编号，这样就可以用 同一个函数处理多种信号.显然，这也是一个回调函数，不是被main函数调用，而是被系统所调用.

当某个信号的处理函数被调用时，内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字，这样

就保证了 在处理某个信号时，如果这种信号再次产生，那么他会被阻塞到当前处理结束位置.

如果调用信号处理函数时，除了当前信号被自动屏蔽之外，还希望自动屏蔽另外一些信号，则用sa\_mask字段说明这些额外需要屏蔽的信

号，当信号 处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字. sa\_flags字段 置为0即可，现在不需要关心那么多！其实我们学了sigaction

函数之后，我们就要学会 忘掉signal函数. 因为sigaction函数比signal函数全面，而且更加严密，功能更强大！

种种作用之下我觉得我们很有必要忘掉signal函数.

## pause函数 ##

#include <unistd.h>
    
     int pause(void);

pause函数时调用进程挂起直到信号递达.如果信号的处理动作是终止进程，则进程终止，pause函数没有机会返回; 如果信号的处理 动作

是忽略，则 进程进行处于挂起状态，pause不返回; 如果信号的处理动作是捕捉，则调用了信号处理函数之后pause返回-1,errno设置为

EINTR.所以Pause只有出 错的返回值, 错误码 EINTR表示 被信号中断.

## 设计实现一个mysleep函数 ##

接下来我们使用上述的几个函数实现一个mysleep函数！ 这样可以帮助我们锻炼所学习到的内容.我们先列出mysleep的思路:

**1.main函数调用mysleep函数，后者调用sigaction注册了SIGALRM信号的处理函数sig\_alrmm.**

**2.调用alarm(nsecs)设定闹钟**

**3.调用pause等待，内核切换到别的进程.**

**4.nsece秒之后，闹钟超时，内核发出SIGALRM给这个进程.**

**5.从内核态返回这个进程的用户态之前处理未决信号，发现SIGALRM信号，其处理函数是sig\_alrm.**

**6.切换到用户态执行sig\_alrm函数，进入sig\_alrm函数时SIGALRM信号被自动屏蔽，从sig\_alrm函数返回时SIGALRM信号自动解除**

**屏蔽.然后自动** **执行** **系统调用sigreturn再次进入内核，再返回用户态进行执行进程的主控制流程.**

**7.pause函数返回-1，然后调用alarm(0)取消闹钟，调用sigaction恢复SIGALRM信号以前的处理动作.**

/*************************************************************************
    	> File Name: mysleep.c
    	> Author: ma6174
    	> Mail: ma6174@163.com 
    	> Created Time: Thu 18 Jan 2018 07:34:34 PM PST
     ************************************************************************/
    
    #include<stdio.h>
    #include<signal.h>
    #include<unistd.h>
    
    void sig_alrm(int sig)
    {
    	//DO SOMETHING
    }
    
    unsigned int mysleep(unsigned int nsecs)
    {
    	struct sigaction new,old;
    	unsigned int unslept = 0;
    	new.sa_handler = sig_alrm;
    	sigemptyset(&new.sa_mask);
    	new.sa_flags = 0;
    	sigaction(SIGALRM,&new,&old);
    	alarm(nsecs);
    	pause();
    	unslept = alarm(0);
    	sigaction(SIGALRM,&old,NULL);
    	return unslept;
    }
    
    int main()
    {
    	while(1)
    	{
    		mysleep(1);
    		printf("1 seconds passed\n");
    	}
    }

![SouthEast 3][]

最后我解释两个问题:

**1.信号处理函数sig\_alrm什么都没有干，为什么还要注册它作为SIGALRM的处理函数？**

因为如果你没有SIGALRM的处理函数，你看看pause函数的概念:

如果信号的处理动作是终止进程，则进程终止，pause函数没有机会返回; 如果信号的处理动作是忽略，则

进程进行处于挂起状态，pause不返回; 如果信号的处理动作是捕捉，则调用了信号处理函数之后pause返回-1

现在明白了sig\_alrm的作用了吧？？

**2.为什么要在Mysleep函数返回前要回复SIGALRM信号原来的sigaction？**

我们想想想不恢复原来的信号处理方式会发生什么？ 当你的信号的处理函数改变之后，那么以后所有用到这个信号的处理函数

的地方都变成了sig\_alrm，这样很明显很不合理！ 所以我们需要将SIGALRM信号的处理函数改回去. 让它的作用域只有这个mysleep里面.

[Link 1]: http://blog.csdn.net/dawn_sf/article/details/79074191
[SouthEast]: /images/20220601/497984a24a844d32811d28b69684131b.png
[SouthEast 1]: /images/20220601/c01a779f91314948bb4fcde41f03040b.png
[smile.gif]: /images/20220601/30a48613aabb43ec8fa57b87e3ac4d3a.png
[SouthEast 2]: /images/20220601/bd0126df965f4649815ca9382b5088d4.png
[SouthEast 3]: /images/20220601/d950422e605a4543b48dad92f86f9bc5.png