Linux信号编程、signal函数范例详解( 4 ) -【Linux通信架构系列】

向右看齐 2024-03-16 22:02 51阅读 0赞

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***`现在的一切都是为将来的梦想编织翅膀，让梦想在现实中展翅高飞。`***  
***`Now everything is for the future of dream weaving wings, let the dream fly in reality.`***

#### Linux信号编程、signal函数范例详解 ####

*  系列文章目录
 *  一、signal 函数初识
 *  二、引申出的思考问题 - 可重入函数概念
 *  三、信号集（信号屏蔽字）
 *  四、信号相关函数
 *  五、sigprocmask等信号函数的范例演示
 *  六、小结

## 一、signal 函数初识 ##

收到一个信号之后，可以使用signal函数来忽略或者捕捉，看如下范例：

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    
    void sig_usr(int signo)
    {
        
    	if(signo == SIGUSR1)
    	{
        
    		printf("收到了SIGUSR1信号!\n");
    	}else if(signo == SIGUSR2){
        
    		printf("收到了SIGUSR2信号！\n");
    	}else{
        
    		printf("收到了未捕捉的信号%d!\n", signo);
    	}
    }
    int main(int argc, char *const *argv)
    {
        
    	if(signal(SIGUSR1, sig_usr) == SIG_ERR)
    	{
        
    		printf("无法捕捉SIGUSR1信号！\n");
    	}
    	//系统函数。参数1是个信号，参数2是个函数指针，代表一个针对该信号的捕捉处理函数
    	if(signal(SIGUSR2, sig_usr) == SIG_ERR)
    	{
        
    		printf("无法捕捉SIGUSR2信号！\n");
    	}
    	for(;;)
    	{
        
    		sleep(1); //休息1s
    		printf("休息1s\n");
    	}
    	return 0;
    }

通过两次调用signal函数，分别注册信号SIGUSR1和信号SIGUSR2对应的信号处理函数（sig\_usr），当收到这两个信号时，sig\_usr就会被调用。在sig\_usr信号处理函数过程中，只是做了一些信息输出的工作。

编译运行，然后用kill命令发送两个信号:

**`kill -usr1 4155`**  
**`kill -usr2 4155`**

查看进程：  
![在这里插入图片描述][15ad54b501e64591ad8278d3a5d5b561.png_pic_center]

图1.1 向nginx进程分别发送了USR1和USR2的信号，输出窗口出现一些提示

**可以看出，nginx进程收到两个信号，并且还能继续运行不受影响。还可以看到kill命令的另外一种形式：直接用信号名的方式向进程发送信号。**

通过这个范例，应该认识到两个问题:

（1）signal函数捕捉了系统的SIGUSR1和SIGUSR2信号，并用自己的函数来处理，获得了成功。

**`如果程序中不捕捉SIGUSR1或者SIGUSR2信号，用kill向改进程发送SIGUSR1或者SIGUSR2信号，进程会有什么表现呢？`**

**答案：当然是终止进程，因为这两个信号的系统默认动作是终止进程。（可以自行测试下）**

（2）信号可能是某个进程发出的，也可能是内核发出的，但不管是怎么发出的，总之目标进程（nginx）收到了这个信号。目标进程收到信号这件事，会被内核注意到，这时内核就有动作了。**内核动作是什么呢？**  
如图：

![在这里插入图片描述][dacf90d9906f4b4bbad4e4e426f1252b.png_pic_left]

图1.1 突然到来的信号导致进程从用户态切换到内核态，处理完毕再切换回用户态

## 二、引申出的思考问题 - 可重入函数概念 ##

我们看下如下代码，会出现什么问题？

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    
    
    int g_mysign = 0;
    void muNEfunc(int value)
    {
        
    	//...其他处理
    	g_mysign = value;//函数muNEfunc能够修改全局变量g_mysign的值
    	//...其他处理
    }
    
    void sig_usr(int signo)
    {
        
    	muNEfunc(22);
    	if(signo == SIGUSR1)
    	{
        
    		printf("收到了SIGUSR1信号!\n");
    	}else if(signo == SIGUSR2){
        
    		printf("收到了SIGUSR2信号！\n");
    	}else{
        
    		printf("收到了未捕捉的信号%d!\n", signo);
    	}
    }
    
    int main(int argc, char *const *argv)
    {
        
    	if(signal(SIGUSR1, sig_usr) == SIG_ERR)
    	{
        
    		printf("无法捕捉SIGUSR1信号！\n");
    	}
    	//系统函数。参数1是个信号，参数2是个函数指针，代表一个针对该信号的捕捉处理函数
    	if(signal(SIGUSR2, sig_usr) == SIG_ERR)
    	{
        
    		printf("无法捕捉SIGUSR2信号！\n");
    	}
    	for(;;)
    	{
        
    		sleep(1); //休息1s
    		printf("休息1s\n");
    
    		muNEfunc(15);
    		printf("g_mysign = %d\n", g_mysign);
    	}
    	return 0;
    }

**请思考一下，这样写代码会出现什么问题？（当然这种问题是在极端的情况下出现，平时不出现，不太容易看出）**

本来期望每次输出的g\_mysign的值是15，但偏偏收到一个信号，信号处理程序中改变了g\_mysign的值，导致printf输出的g\_mysign变成了22。这个结果是不是出乎意料呢！

所以，引出一个概念，叫做“**可重入函数**”。

**可重入函数**又称**可重入的函数**或**异步信号安全的函数**，指在**信号处理函数中调用是安全的函数**。（显然muNEfunc是不安全的）

**⚠️`有些周知的函数是不可重入的（在信号处理函数中不要调用的）如malloc分配内存的函数、printf屏幕输出函数等。（实际商业代码中避免在信号处理函数中调用printf函数）。`**

根据分析，得到一些结论和处理方法：

**（1）在信号处理函数中，应尽量使用简单的语句做简单的事情，尽量不要调用系统函数，以免引起麻烦。  
（2）如果必须在信号处理函数中调用系统函数，只调用可重入函数，不要调用不可重入的系统函数。  
（3）如果必须在信号处理函数中调用那可能修改errno的值的可重入系统函数，应考虑事先备份errno的值，事后再从信号处理函数返回之前恢复errno的值。（`errno的值的系统函数被认为是可重入的系统函数`）**

#include <errno.h> //用到errno则需要包含此头文件
    void sig_usr(int signo)
    {
        
    	int myerrno = errno; //备份errno值
    	//......进行一系列处理，如调用可重入函数
    	//......
    	errno = myerrno; //还原errno值
    }

## 三、信号集（信号屏蔽字） ##

**`思考一个问题：收到一个SIGUSR1信号，开始执行信号处理函数sig_usr，尚未执行完成时，突然又收到一个SIGUSR1信号，系统会不会再次触发sig_usr函数开始执行呢？`** **一般不会，也就是说，当收到某个信号，启动执行信号处理函数的时候，通常会”屏蔽/阻塞“其后相同的信号，直到信号处理函数执行结束（系统自动处理）。**

一个进程必须记住当前阻塞了哪些信号。如收到信号SIGUSR1时，系统将标记正在处理的该信号的标志设置为1，然后去执行信号处理函数，如果信号处理函数未执行完成时再次收到该信号，系统检测到该信号的标志已经为1，后来的SIGUSR1信号就需要排队等候（等待调用信号处理函数来处理）或直接被忽略（丢失）。当信号处理函数执行完毕，再把信号SIGUSR1信号对应的标志设置回0，此时如果有排队的SIGUSR信号或者新收到的SIGUSR1信号，就可以继续调用信号处理函数处理了。

这时候引入了**信号集**的概念，一种叫做信号集的数据类型，这种数据类型能把60个信号的状态（0或者1）都保存下来。**用0表示没收到某个信号，用1表示收到某个信号并正在处理中。**

1、例如如果约定第五个位置表示信号SIGUSR1，程序开始执行后，收到一个SIGUSR1信号，就立即把第5个位置标记1：
    		 0000100000,0000000000,0000000000，.....
    	2、然后，等待调用信号处理函数处理这个到来的信号；
    	3、此时，如果再收到一个SIGUSR1信号，因为第5个位置已经被标记为1，后面的这个SIGUSR1信号就会排队等候或者忽略；
    	4、调用完处理函数后，把信号集的第5个位置标记回0：
    	     0000000000,0000000000,0000000000，......
    	5、此时，如果有排队等候或者新收到的SIGUSR1信号，就会又可以继续调用信号处理函数来处理了。

**`信号集这种数据类型用 sigset_t 来表示。`**  
**sigset\_t** 结构大概这样：

typedef struct{
        
    	unsigned long sig[2]; //long是4字节32位，两个就是64位，代表64个信号
    }sigset_t;

## 四、信号相关函数 ##

有了这些信号集类型就可以介绍 **`sigempty、sigfillset、sigaddset、sigdest、sigprocmask、sigismember`** 等几个函数了。

**（1）sigemptyset。把信号集中所有的信号清零，表示这60多个信号都没来。**

0000000000,0000000000,000000000，......

**（2）sigfillset。把信号集中的所有信号都设置为1，与sigemptyset功能正好相反。会导致到来任何信号都会排队等候或者被忽略。**

111111111,1111111111,111111111, ......

**（3）信号集中支持60多个信号，可以向信号集中增加（信号标志设置为1）或删除（信号标志设置为0）特定的信号，用sigaddset和sigdelset就可以做到。**

sigaddset用于将某个信号设置为1，sigdelset用于将某个信号设置为0。

**（4）sigprocmask、sigismember。**

sigpromask函数用于设置进程所对应的信号集（进程有默认的信号集，但可以用sigpromask函数设置其他信号集）。
    	sigismember函数用于检测信号集的特定信号是否被置位。

## 五、sigprocmask等信号函数的范例演示 ##

范例如下：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    
    //信号处理函数
    void sig_quit(int signo)
    {
        
    	printf("收到了SIGQUIT信号！\n");
    }
    int main(int argc, char *const *argv)
    {
        
    	//定义新的信号集和原有的信号集
    	sigset_t newmask, oldmask, pendmask; 
    	//注册信号对应的处理函数
    	if(signal(SIGQUIT, sig_quit) == SIG_ERR)
    	{
        
    		printf("无法捕捉SIGUSR1信号！\n");
    		//退出程序，参数是错误代码，0表示正常退出，非0表示错误，但具体什么错误，没有特别的规定
    		exit(1);
    	}
    	//newmask信号集中所有的信号都清零（表示这些信号都没有来）
    	sigemptyset(&newmask);
    	//设置newmask信号集中的SIGQUIT信号位为1，再来SIGQUIT信号时进程就收不到
    	sigaddset(&newmask, SIGQUIT);
    	//设置该进程所对应的信号集
    	//第1个参数用了SIG_BLOCK,表明设置进程新的信号屏蔽字为当前信号屏蔽字和第2个参数指向的信号集的并集。
    	//一个进程的当前信号屏蔽字，开始全部为0，相当于把当前信号屏蔽字设置成newmask（屏蔽了SIGQUIT）。
    	//第三个参数不为空，则进程老的（调用本sigprocmask()之前的）信号集会保存到第3个参数里，以备后续恢复用
    	if(sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0)；
    	{
        
    		printf("sigprocmask(SIG_BLOCK)失败！\n");
    		exit(1);
    	}
    	printf("我要开始休息10s了-------begin----,此时我无法接受SIGQUIT信号！\n");
    	sleep(10);
    	printf("我已经休息10s了-------end----!\n");
    	//测试一个指定的信号位是否被置位，测试的是newmask
    	if(sigismember(&newmask, SIGQUIT))
    	{
        
    		printf("SIGQUIT信号被屏蔽了！\n");
    	}else{
        
    		printf("SIGQUIT信号没有被屏蔽了！\n");
    	}
    	//测试一个指定的信号位是否被置位，测试的是newmask
    	if(sigimember(&newmask,SIGHUP))
    	{
        
    		printf("SIGQUIT信号被屏蔽了！\n");
    	}else{
        
    		printf("SIGQUIT信号没有被屏蔽了！\n");
    	}
    	//现在取消SIGQUIT信号的屏蔽（阻塞）-- 把信号集还原回去
    	//第一个参数用了SIG_SETMASK表明设置进程新的信号屏蔽字为第2个参数指向的信号集，第3个参数没用
    	if(sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
    	{
        
    		printf("sigprocmask(SIG_SETMASK)失败！\n");
    	}else{
        
    		printf("sigprocmask(SIG_SETMASK)成功！\n");
    	}
    	//测试一个指定的信号位是否被置位，这里测试的是oldmask
    	if(sigismember(&oldmask, SIGQUIT))
    	{
        
    		printf("SIGQUIT信号被屏蔽了！\n");
    	}else{
        
    		printf("SIGQUIT信号没有被屏蔽，您可以发送SIGQUIT信号了，我要睡10s!!!!!!!\n");
    		int mysl = sleep(10);
    		if(mysl > 0)
    		{
        
    			printf("sleep还没睡够，剩余%d\n", mysl);
    		}
    	}
    	printf("再见了！\n");
    	return 0;
    }

运行结果如下：  
![在这里插入图片描述][c2ed977a9c1e4fcd8984423bec6ff32a.png_pic_center]

图5.1 案例运行结果分析

## 六、小结 ##

**还有一个`sigaction`函数，用来取代`signal`函数。商业代码中只用`sigaction`。可以了解下。**

[C]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12344315.html
[Linux]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12353489.html
[C 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332626.html
[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332639.html
[C 2]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332628.html
[b09b24d6d28c4d7f9557fdf640801a16.png_pic_left]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/11a12498d46f42189d6fddcb3c37bf42.png
[15ad54b501e64591ad8278d3a5d5b561.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/ea6a06978db6443fa7107fffce399de3.png
[dacf90d9906f4b4bbad4e4e426f1252b.png_pic_left]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/40bc05a7d204486fb275ad193991edb2.png
[c2ed977a9c1e4fcd8984423bec6ff32a.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/d0a4ee68ed9a40d38014865bc077dbb7.png