Linux信号丢失问题分析

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1. 问题引入

　　我们想实现这样的一个功能：通过使用~SIGUSR1~信号实现对守护进程的重启。

　　我们编写了如下代码：

/*restart1.c*/
#include<signal.h>
#include<stdio.h>

static void sig_usr(int signo)
{
    if (SIGUSR1 == signo)
     {
         printf("received SIGUSR1\n");
         system("restart.sh");
     }
    else
     {
         printf("received signal%d\n", signo);
     }
}

int main()
{
    if (SIG_ERR == signal(SIGUSR1, sig_usr))
     {
         printf("can't catch SIGUSR1\n");
     }

    for (;;)
     {
         pause();
     }
}

#!/bin/bash
# restart.sh
pkill -9 daemon
sleep 1
./daemon &

　　经测试，发现的问题是当~daemon~程序第一次启动时，使用~kill -USR1 <pid>~命令可以令其重启。但是对于此后重启的~daemon~进程再也接收不到~kill~发送的~USR1~信号。

2. 原因分析

　　先是怀疑是不是使用~signal~存在不可靠信号丢失问题，于是改为~sigaction~进行测试。

　　修改后的代码为：

/*restart2.c*/
#include<signal.h>
#include<stdio.h>

static void sig_usr(int signo)
{
    if (SIGUSR1 == signo)
     {
         printf("received SIGUSR1\n");
         system("restart.sh");
     }
    else
     {
         printf("received signal%d\n", signo);
     }
}

int main()
{
    struct sigaction action;

     sigaction(SIGUSR1, NULL, &action);
     action.sa_handler = sig_usr;
     sigaction(SIGUSR1, &action, NULL);

    for (;;)
     {
         pause();
     }
}

测试结果表明，问题依旧。

　　开始怀疑会不会是前后创建的进程不属于相同用户(或者是用户组、TTY、父进程)所致，但是通过使用~ps -ajx~命令查看，发现这些属性是相同的。

　　在测试过程还发现一个现象就是~daemon~在上一次接收过的信号，在其重启后都不能接收；但还没接收过的信号，仍然可以正常接收。

　　在阅读~LINUX kernel~源码的时候，发现~LINUX~在派生进程时，存在继承父进程信号屏蔽标识的现象。于是怀疑是不是由于子~daemon~进程不断继承父进程的屏蔽标识，致使用不能接收~USR1~信号？但是父进程又为何要屏蔽~USR1~信号呢？

　　查看~restart1.c~得知，我们在~sig\_usr~中执行~system~操作，从而派生了~daemon~进程。根据~LINUX~的信号 处理机制，我们知道为妨止在处理信号的过程中又来重复信号造成信号丢失，会采取屏蔽正在处理的信号标志位，以让重复信号排队；在处理完上一个信号后，再打 开标志位，接着处理重复信号。

　　于是在执行~sig\_usr~时，USR1~标志位是屏蔽的，而此时派生的进程该标志位估计也是屏蔽的(后面我们采用例子验证)。因此当~daemon~进程起来后，就不能接收~USR1~信号了。

　　一般~LINUX~编程建议，不要在中断中处理过于复杂的事情，因此首先简化~sig\_usr~进行测试。修改后的代码如下：

/*restart3.c*/
#include<signal.h>
#include<stdio.h>

static int resetflag = 0;

static void sig_usr(int signo)
{
    if (SIGUSR1 == signo)
     {
         printf("received SIGUSR1\n");
         resetflag = 1;
     }
    else
     {
         printf("received signal%d\n", signo);
     }
}

int main()
{
    if (SIG_ERR == signal(SIGUSR1, sig_usr))
     {
         printf("can't catch SIGUSR1\n");
     }

    for (;;)
     {
         pause();

        if (1 == resetflag)
         {
             system("restart.sh");
             exit(0);
         }
     }
}

测试通过。

　　再来验证一下重启的~daemon~子进程是否继承了父进程的屏蔽标志位，我们尝试强行清除子进程的~USR1~信号屏蔽标志位即可。

　　修改后的代码如下：

/*restart4.c*/
#include<signal.h>
#include<stdio.h>

static void sig_usr(int signo)
{
    if (SIGUSR1 == signo)
     {
         printf("received SIGUSR1\n");
         system("restart.sh");
     }
    else
     {
         printf("received signal%d\n", signo);
     }
}

int main()
{
    struct sigaction action;
     sigset_t set;

     sigaction(SIGUSR1, NULL, &action);
     action.sa_handler = sig_usr;
     sigaction(SIGUSR1, &action, NULL);

     sigaddset(&set, SIGUSR1);
    if (0 > sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL))
     {
         printf("sigprocmask error\n");
        return 1;
     }

    for (;;)
     {
         pause();
     }
}

测试仍然正常通过。

　　另外，还可以通过查看~/proc/<pid>/status~文件更直观地查看到指定进程的信息屏蔽情况。
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|　段名　|　　　　　　　　含义　　　　　　　|　　　　例子　　　　|
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| SigPnd | The bitmap of pending signals | 0000000000000000|
|　　　　| (usually 0)　　　　　　　　　　 |　　　　　　　　　　|
+--------+-------------------------------+------------------+
| SigBlk | The bitmap of blocked signals |0000000000000000|
|　　　　| (usually 0, 2 for shells)　　　|　　　　　　　　　　|
+--------+-------------------------------+------------------+
| SigIgn | The bitmap of ignored signals |0000000000000027|
+--------+-------------------------------+------------------+
| SigCgt | The bitmap of catched signals | 0000000180000a00 |
+--------+-------------------------------+------------------+

3. 结论
　　1) 不要在中断函数中执行过于复杂的处理流程；
　　2) 在信号处理过程返回前，进程会对相同信号的标志进行屏蔽；
　　3) 父进程会把当前的信号屏蔽标志位信息传递给它派生的子进程。