信号的阻塞

8.3.1 信号的处理方式

        在Linux系统下，信号的处理方式有3种：一是忽略信号；而是按照系统提供的缺省处理规则进行处理；三是捕捉信号，在程序中定义自己的信号处理函数，在信号处理函数中完成相应的功能。Linux系统分别为前两种方式提供了相应的宏定义：SIG_IGN和SIG_DFN。下面列出几个重要信号及其处理方式。

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信号名称          缺省处理方式                                信号产生原因/说明

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SIGHUP          终止进程                                        控制终端挂起或者退出

SIGINT            终止进程                                        <Ctrl>+<C>

SIGQUIT         终止进程并进行内核映像转储         <Ctrl>+<\>

SIGKILL          终止进程                                        不能阻塞、忽略、捕捉

SIGALRM        终止进程                                        定时器超时信号 

SIGTERM        终止进程                                        可以阻塞、捕捉

SIGCHLD        混略信号                                        子进程退出时向父进程发送该信号

SIGSTOP        暂停进程执行                                 不能阻塞、忽略、捕捉

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8.3.2 信号的阻塞处理

        信号的阻塞就是通知系统内核暂时停止向进程发送指定的信号，而是由内核对进程接收到的相应信号进行缓存排队，直到进程解除对相应信号的阻塞为止。一旦进程解除对该信号的阻塞，则缓存的信号将被发送到相应的进程。

        信号在几种情况下会进入阻塞状态。

1）系统自动阻塞：在信号的处理函数执行过程中，该信号将被阻塞，直到信号处理函数执行完毕，该阻塞将会解除。这种机制的作用主要是避免信号的嵌套。

2）通过sigaction实现人为阻塞：在使用sigaction安装信号时，如果设置了sa_mask阻塞信号集，则该信号集中的信号在信号处理函数执行期间将会阻塞。这种情况下进行信号阻塞的主要原因是：一个信号处理函数在执行过程中，可能会有其他信号到来。此时，当前的信号处理函数就会被中断。而这往往是不希望发生的。此时，可以通过sigaction系统调用的信号阻塞掩码对相关信号进行阻塞。通过这种方式阻塞的信号，在信号处理函数执行结束后就会解除。

3）通过sigprocmask实现人为阻塞：可以通过sigprocmask系统调用指定阻塞某个或者某几个信号。这种情况下进行信号阻塞的原因较多，一个典型的情况是：某个信号的处理函数与进程某段代码都要某个共享数据区进行读写。如果当进程正在读写共享数据区的过程中，一个信号过来，则进程的读写过程将被中断转而执行信号处理函数，而信号处理函数也要对该共享数据区进行读写，这样共享数据区就会发生混乱。这种情况下，需要在进程读写共享数据区前阻塞该信号，在读写完成后再解除该信号的阻塞。

        提示：在信号的接收过程中可能存在这样的情况：若干个相同的信号同时到达。通过上面的介绍可以知道，当信号处理函数正在执行时，同类信号将被阻塞处理。但是，如果此时信号处理函数还没有来得及执行，那么该同类信号就不会阻塞，在这种情况下，将会发生一种成为“信号合并”的现象。同时到达的同类信号将被合并处理，就像只有一个信号到达一样。

        被阻塞的信号的集合成为当前进程的信号掩码。每个进程都有惟一的信号掩码。为了对信号进行阻塞或者解除阻塞，Linux提供了专门的系统调用sigprocmask完成这一任务。该函数的原型为：

#include <signal.h>

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

参数说明：

1）how：输入参数，设置信号阻塞掩码的方式。可以包括3种方式对信号的掩码进行设置，分别是阻塞信号的SIG_BLOCK、解除阻塞的SIG_UNBLOCK和设置阻塞掩码的SIG_SETMASK。

2）set：输入参数，阻塞信号集。当参数how为SIG_BLOCK时，该参数表明要阻塞的信号集；当how参数为SIG_UNBLOCK时，该参数表明要解除阻塞的信号集；当how参数为SIG_SETMASK时，该参数表明要阻塞的信号集。

3）oset：输出参数，原阻塞信号集。

返回值：

若成功，返回0；若失败，返回-1。

例8-3：编程实现下面功能：为进程安装SIGINT信号，先阻塞该信号，休眠10秒，再解除该信号的阻塞。

代码如下：

#include <stdio.h>

#include <signal.h>

//SIGINT信号处理函数

void CbSigInt(int signo)

{

//输出信号的值

printf("receive signal %d\n",signo);

}

void main()

{

//信号掩码结构变量，用于指定新的信号掩码

sigset_t mask;

//信号掩码结构变量，用于保存原来的信号处理掩码

sigset_t omask;

//安装SIGINT信号

signal(SIGINT,CbSigInt);

//清空信号掩码变量

sigemptyset(&mask);

//向掩码结构中增加信号SIGINT

sigaddset(&mask,SIGINT);

//阻塞SIGINT信号

sigprocmask(SIG_BLOCK,&mask,&omask);

//休眠10秒

sleep(10);

//解除SIGINT信号的阻塞

sigprocmask(SIG_SETMASK,&omask,NULL);

}

编译运行该程序，在进程休眠期间，按下<Ctrl>+<C>键向进程发送SIGINT信号，注意观看信号是否被阻塞。在休眠结束后，验证刚才被阻塞的SIGINT信号是否被重新发送。

提示：在创建新的子进程时，子进程将继承父进程的信号掩码。

8.3.3 信号集的操作

        通过上节对信号阻塞的介绍可以知道，信号的阻塞实际上是对一个集合的操作。这个集合中可能包含多种信号，这就是信号集。信号集的数据类型为sigset_t，实际上是个结构体，它的定义如下所示。

typedef struct

{

unsigned long sig[_NSIG_WORDS];

}sigset_t;

        Linux系统提供了一系列函数对信号集进行操作。这些函数的原型如下所示。

#include <signal.h>

sigemptyset(sigset_t *set); //初始化由set指定的信号集，信号集里面的所有信号被清空；

sigfillset(sigset_t *set); //调用该函数后，set指向的信号集中将包含linux支持的64种信号；

sigaddset(sigset_t *set,int signo);                 //在set指向的信号集中加入signo信号；

sigdelset(sigset_t *set,int signo);                  //在set指向的信号集中删除signo信号；

sigismember(const sigset_t *set,int signo);     //判定信号signo是否在set指向的信号集中。

参数说明：

1）set：输入参数，信号集。

2）signo：输入参数，要增加或删除或判断的信号。

返回值：

1）对于sigismember函数：返回1表示信号属于信号集；返回0表示信号不属于信号集。

2）对于其他函数：若成功，返回0；若失败，返回-1。

8.3.4 未决信号的处理

        信号的未决是信号产生后的一种状态，是指从信号产生后，到信号被接收进程处理之前的一种过渡状态。由于信号的未决状态时间非常短，所以通常情况下，处于未决状态的信号非常少。如果程序中使用了sigprocmask阻塞了某种信号，则向进程发送的这种信号将处于未决状态。Linux提供了专门的函数sigpending获取当前进程中处于未决状态的信号。该函数的原型为：

#include <signal.h>

int sigpending(sigset_t *set);

参数说明：

1）set：输出参数，处于未决状态的信号集。

返回值：

若成功，返回0；若失败，返回-1。

例8-4：编程实现下面功能：为进程安装SIGINT信号，先阻塞该信号，休眠10秒，最后查看当前进程未决的信号。

代码如下：

#include <stdio.h>

#include <signal.h>

void main()

{

//信号掩码结构变量，用于指定新的信号掩码

sigset_t mask;

//信号掩码结构变量，用于保存原来的信号处理掩码

sigset_t omask;

//信号掩码结构变量，用于保存未决的信号集

sigset_t pendmask;

//清空信号掩码变量

sigemptyset(&mask);

//向掩码结构中增加信号SIGINT

sigaddset(&mask,SIGINT);

//阻塞SIGINT信号

sigprocmask(SIG_BLOCK,&mask,&omask);

//休眠10秒

sleep(10);

//获取当前未决的信号集

if(sigpending(&pendmask)<0)

{

perror("sigpending");

//解除SIGINT信号的阻塞

sigprocmask(SIG_SETMASK,&omask,NULL);

return;

}

//判断SIGINT是否在未决信号集中

if(sigismember(&pendmask,SIGINT))

printf("SIGINT signal is pending.\n");

else

printf("SIGINT signal is not pending.\n");

//解除SIGINT信号的阻塞

sigprocmask(SIG_SETMASK,&omask,NULL);

}

编译运行该程序，在进程休眠期间，按下<Ctrl>+<C>键向进程发送SIGINT信号，验证该信号是否处于未决状态。

8.3.5 等待信号

8.3.5.1 pause

        在有些情况下，程序需要暂停执行，进入休眠状态，以等待信号的到来。这时可以使用pause系统调用。pause一旦被调用，则进程将进入休眠状态。之后，只有在进程接收到信号后，pause才会返回。pause的原型为：

#include <unistd.h>

int pause();

返回值：

pause的返回值永远是-1，错误码errno为EINTR。

例8-5：用pause编程实现等待SIGINT信号到来的功能。

代码如下：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <signal.h>

//SIGINT信号处理函数

void CbSigInt(int signo)

{

//输出信号的值

printf("receive signal %d\n",signo);

}

void main()

{

//安装SIGINT信号

signal(SIGINT,CbSigInt);

//等待信号

pause();

}

编译运行该程序，在进程pause期间，按下<Ctrl>+<C>键向进程发送SIGINT信号，验证该信号是否被处理。

注意：由于此测试程序没有屏蔽其他信号，因此任何一个信号的到来都能唤醒pause。

8.3.5.2 sigsuspend

        pause系统调用可以实现暂停进程的执行等待某个信号的到来，但是，如果在pause被调用之前，指定的信号到达进程，那么，在随后的pause调用中，假定不再有信号到来，则进程将进入无限期的等待中。为此Linux提供了功能更强大的sigsuspend以满足这种需求。sigsuspend的工作过程如下：

1）设置进程的信号掩码并阻塞进程。

2）收到信号，恢复原来的信号掩码。

3）调用进程设置的信号处理函数。

4）等待信号处理函数返回后，sigsuspend返回。

        上述四个步骤是一次性完成的，操作系统保证操作过程的原子性。特别需要注意的是第三步调用信号处理函数是由sigsuspend完成的。sigsuspend的原型为：

#include <signal.h>

int sigsuspend(const sigset_t *set);

参数说明：

1）set：输入参数，执行sigsuspend过程中需要被阻塞的信号集。

返回值：

sigsuspend的返回值永远是-1，错误码errno为EINTR。

例8-6：用sigsuspend编程实现等待SIGINT信号到来的功能。

代码如下：

#include <stdio.h>

#include <signal.h>

//SIGINT信号处理函数

void CbSigInt(int signo)

{

//输出信号的值

printf("receive signal %d\n",signo);

}

void main()

{

//信号掩码结构变量，用于指定新的信号掩码

sigset_t mask;

//安装SIGINT信号

signal(SIGINT,CbSigInt);

//设置信号集为所有信号，准备阻塞所有信号

sigfillset(&mask);

//从信号集中删除SIGINT信号，该信号为目标信号，不能被阻塞。

sigdelset(&mask,SIGINT);

//等待SIGINT信号

sigsuspend(&mask);

}

编译运行该程序，在进程suspend期间，按下<Ctrl>+<C>键向进程发送SIGINT信号，验证该信号是否被处理。

注意：由于此测试程序屏蔽了除SIGINT外的所有其他信号，因此只有在收到SIGINT信号后进程才会退出。

提示：

        一个阻塞式系统调用在执行过程中如果没有符合条件的数据，将进入休眠状态，直到有符合条件的数据到来。比较典型的例子是从网络连接上读取数据，如果没有数据到来，那么这个读操作将会阻塞。此时有两种情况可以中断该读操作的执行：一是网络上有数据到来，则读操作将获取到所需要的数据后返回；二是当前进程收到了某个信号，此时，读操作将被中断并返回失败，错误码errno为EINTR。

8.3.6 信号处理函数的实现

        信号处理函数是进程接收到信号后要执行的函数，该函数应该尽量简洁，一般不要执行过多的代码。最好只是改变一个外部标志变量的值，而在另外的程序中不断的检测该变量，繁杂的工作都留给那些程序去做。在定义信号处理函数时，应该特别注意以下几点。

1）如果信号处理程序中需要存取某个全局变量，则应该在程序中使用关键字volatile声明此变量。通知编译器，在编译过程中不要对该变量进行优化。

2）如果在信号处理函数中调用某个函数，那么那么该函数必须是可重入的，或者保证在信号处理函数执行期间不会有信号到达进程。Linux系统下存在许多不可重入的函数，如malloc、gethostbyname等。

        在信号处理函数里，有时需要用到长跳转的操作。所谓长跳转，就是从信号处理函数直接跳转到函数体外指定的代码位置继续运行。Linux系统提供了两个函数实现该功能：设置跳转点的sigsetjmp和执行跳转的siglongjmp。sigsetjmp用来设置跳转点，在成功调用后，sigsetjmp语句所在的位置就是跳转点，这个位置指针将被保存到sigsetjmp的第一个参数中。这个两个函数的原型为：

#include <setjmp.h>

int sigsetjmp (struct __jmp_buf_tag env[1], int savemask);

void siglongjmp(sigjmp_buf env,int val);

参数说明：

1）env[1]：输出参数，该参数实际上是一个结构体的指针。该结构体中包含了长跳转指针，是否保存信号掩码及保存的信号掩码值等信息。对于应用人员来说，该结构是透明的。

2）env：输入参数，等效于env[1]。

3）savemask：是否保存信号掩码。如果该参数非零，则在调用sigsetjmp后，当前进程的信号掩码将被保存；在调用siglongjmp时，将恢复由sigsetjmp保存的信号掩码。

4）val：当由siglongjmp调用sigsetjmp时，该参数将会被隐含传给sigsetjmp作为返回值。如果val等于0，那么sigsetjmp函数将忽略该参数而返回其他非零值。

返回值：

1）sigsetjmp函数：若返回0，表明sigsetjmp不是由siglongjmp调用的；若返回非零值，则是由siglongjmp调用而返回。

例8-7：编程实现捕捉SIGINT信号，在信号处理函数中用长跳转跳转至主程序。

代码如下：

#include <stdio.h>

#include <signal.h>

#include <setjmp.h>

//全局变量，用于保存跳转点及其现场

static sigjmp_buf jmpbuff;

//SIGINT信号处理函数

void CbSigInt(int signo)

{

//输出信号的值

printf("\nreceive signal %d\n",signo);

//长跳转到jmpbuff（即sigsetjmp函数入口处），并平衡堆栈

siglongjmp(jmpbuff,88);

}

void main()

{

int res;

//安装SIGINT信号

signal(SIGINT,CbSigInt);

//设置跳转点

res=sigsetjmp(jmpbuff,1);

//第一次调用sigsetjmp时将返回0

if(res==0)

printf("First call sigsetjmp!\n");

//从信号处理函数中跳转过来时，sigsetjmp将返回非零值

else

{

//输出提示信息后退出进程

printf("res=%d\n",res);

printf("sigsetjmp is called by siglongjmp!\n");

return;

}

//暂停执行等待信号

pause();

}

编译运行该程序，在进程pause期间，按下<Ctrl>+<C>键向进程发送SIGINT信号，验证信号处理函数是否跳转到指定的位置。