防止信號處理失靈

摘要：本文將剖析 ANSI <signal.h>庫並示范如何使用其接口。進而討論 POSIX 信號處理 API。

信號處理類似硬件中斷。它們促使某個進程從當前的執行控制流程中 跳出，以實現特定的行為，待特定處理完成後，再恢復到中斷點繼續執行。本文將剖析 ANSI <signal.h>庫並示范如何使用其接口。然後，本文將進而討論 POSIX 信號處理 API。 默認情況下，某些信號導致進程終止。例如，試圖存取進程不擁有的內存將觸發 SIGSEGV （ “段故障”）信號，這時該信號會終止進程的執行。許多應用程序都有這個問題 ，這是我們不希望看到的。調試，仿真和事務處理系統必須處理這樣的信號以便讓進程繼續 執行。那麼我們如何防止這種發生呢？

答案是安裝一個處理器處理進來的信號並在發 生時捕獲它們

第一步：建立信號處理器

信號是內核傳給某個進程的一個整數 。當進程接收到信號，它便以以下方式之一響應：

忽略該信號；

讓內核完成與該 信號關聯的默認操作；

捕獲該信號，即讓內核將控制傳給信號處理例程，等信號處理例程 執行完畢，然後又從中斷的地方恢復程序的執行。

所謂信號處理例程是一個函數，當某個 信號發生時，內核會自動調用該函數。signal()函數為給定的信號注冊一個處理例程：

typedef void (*handler)(void);
void * signal(int signum, handler);

第一個參數是信號編碼。第二個參數用戶定義的函數地址，當信號 signum 產生時，handler 所指向的函數被調用。

除了函數地址之外，第二個參數也 可以是兩個特殊的值：SIG_IGN 和 SIG_DFL。SIG_IGN 表示該信號應被忽略（注意：SIGKILL 和 SIGSTOP 在無論如何都是不能被阻塞、捕獲或忽略的）；SIG_DFL 指示內核該信號產生時 完成默認行為。

第二步：發信號

向某個進程發信號有三種方式：

進程 通過條用 raise() 顯式地發送信號給自己；

信號從另一個進程發送，比方說通過 kill() 系統調用或者 Perl 腳本；

信號從內核發送。例如，當進程試圖存取不屬於自己的內存， 或在系統關閉期間存取內存時；

第三步：產生和處理信號

下面程序注冊 SIGTERM 處理器。然後產生一個 SIGTERM 信號，從而導致該處理器運行：

#include <csignal>
#include <iostream>
using namespace std;
void term(int sig)
{
　　//..necessary cleanup operations before terminating
　　cout << "handling signal no." <<sig <<endl;
}
int main()
{
　　signal(SIGTERM, term); // register a SIGTERM handler
　　raise(SIGTERM); // will cause term() to run
}　　　　ANSI <signal.h> 的局限

當進入就緒狀態的某個 進程准備運行一個 SIGx 信號處理例程時又接收到另一個 SIGx 信號，這時會發生什麼情況 呢？一個方法是讓內核中斷該進程並再次運行該信號處理例程。為此，這個處理例程必須是 可重入的（re-entrant）。但是，設計可重入的處理例程決非易事。ANSI C 解決重現信號（ recurring signals）問題的方法是在執行用戶定義的處理例程前，將處理例程重置為 STG_DFL。這樣做是有問題的。

當兩個信號快速產生時，內核運行第一個信號的處理 例程，而對第二個信號則進行默認處理，這樣有可能終止該進程。

在過去的三十年中 出現了幾個可以信號處理框架，每一種框架對重現信號的處理問題提供了不同的解決方法。 POSIX 信號 API 是其中最為成熟的和可移植的一個。

POSIX 信號

POSIX 信號 處理函數操作一組打包在 sigset_t 數據類型中信號：

int sigemptyset(sigset_t * pset); 清除 pset 中的所有信號。

int sigfillset(sigset_t * pset); 用可獲得的信號 填充 pset。

int sigaddset(sigset_t * pset, int signum); 將 signum 添加到 pset。

int sigdelset(sigset_t * pset, int signum); 從 pset 中刪除 signum。

int sigismember(const sigset_t * pset, int signum); 如果 signum 包含在 pset 中，則返 回非零，否則返回 0。

Sigaction() 為特定的信號注冊處理例程：

int sigaction(int signum, struct sigaction * act, struct sigaction *prev);sigaction 結構描述內核處理 signum 的信息：struct sigaction
{
　　sighanlder_t sa_hanlder;
　　sigset_t sa_mask;　　　　　// 阻塞 信號的清單
　　unsigned long sa_flags;　　// 阻塞模式
　　void (*sa_restorer)(void); // 未使用
};　　sa_hanlder 保存函數的地址，該函 數帶一個整型參數，沒有返回值。它還可以是兩個特別值之一：SIG_DFL 和 SIG_IGN。

額外特性

POSIX API 提供多種 ANSI 庫中所沒有的服務。其中包括阻塞進入 的信號並獲取當前未決信號。

阻塞信號

sigprocmask() 阻塞和取消阻塞信號 ：int sigprocmask(int mode, const sigset_t* newmask,sigset_t * oldmask);

mode 可取以下值之一：

SIG_BLOCK —— 將 newmask 中的信號添加到當前的信號擋板中。
SIG_UNBLOCK —— 從當前的 信號擋板中刪除 newmask 信號。
SIG_SETMASK —— 僅阻塞 newmask 中的 信號。

獲取未決信號

阻塞的信號處於等待狀態，直到進程就緒接收它們。 這樣的信號被稱為未決信號，可以通過調用 sigpending() 來獲取。

int sigpending(sigset_t * pset);