APUE学习笔记5——信号、信号集和进程信号屏蔽字

1 信号传递过程

当引发信号的事件发生时（如软硬件异常、软件定时、终端产生信号或调用kill函数等等），会产生信号，内核会发送给目标进程。

在信号产生到信号传递给目标进程之间的时间间隔内，称该信号为未决的(pending)。

进程可以对信号进行阻塞操作。若进程选择了对一个信号进行阻塞，并且对该信号的动作为默认或捕捉该信号。此时进程仍然对信号保持未决状态，直到进程解除了阻塞或将信号动作改为忽略。

如果在进程解除对信号的阻塞之前，该信号发生了多次，那么内核一般会对这些信号进行排队。

每个进程都有一个信号屏蔽字(signal mask)，它规定了当前要阻塞传递给该进程的信号集。对于每种可能的信号，信号屏蔽字中都有一位与之对应。

如下图所示过程：

如果目标进程设置了忽略该信号，则内核直接将该信号丢弃
如果目标进程没有阻塞该信号，则内核将该信号传递给目标进程进行相应操作。
如果目标进程设置阻塞该信号，则内核将该信号放到目标进程的阻塞信号列表中，等待它的下一步设置。若目标进程后续设置忽略该信号，则内核将该信号从目标进程的阻塞信号列表中移除并丢弃。若目标进程对该信号解除了阻塞,内核将该信号传递给目标进程进行相对应的操作。

2 基本信号操作

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int signo);

int raise(int signo);

/*返回值：若成功返回0，出错返回-1*/

kill函数将信号发送给进程或进程组，raise函数则允许进程向自身发送信号。调用raise(signo)等价于kill(getpid(), signo)；

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

/*返回值：0或以前设置的闹钟剩余秒数*/

int pause(void);

/*返回值-1，并将errno设置为EINTR*/

使用alarm函数设置一个定时器，当定时器超时后会产生SIGALRM信号。如果进程不捕捉或不忽略该信号，默认动作是终止进程。

只能设置一个时钟，如果之前已经有了闹钟就会替代它，并且返回旧闹钟剩余的秒数。用alarm(0)可以清除闹钟。

pause函数使调用进程挂起，直到捕捉到一个信号。只有执行了一个信号处理程序并从其返回时，pause函数才返回。

3 信号集及其操作

信号集（signal set）是一种能表示多个信号的数据类型，POSIX.1 定义了一个数据类型sigset_t，用于表示信号集。另外，头文件 signal.h 提供了下列五个处理信号集的函数。

/*初始化由set指向的信号集，清除其中所有信号*/

int sigemptyset(sigset_t *set);

/*初始化由set指向的信号集，使其包含所有信号*/

int sigfillset(sigset_t *set);

/*将一个信号signo添加到现有信号集set中*/

int sigaddset(sigset_t *set, int signo);

/*将一个信号signo从信号集set中删除*/

int sigdelset(sigset_t *set, int signo);

/*上述四个函数的返回值：若成功返回0，出错返回-1*/

//判断指定信号 signo 是否在信号集set中。

int sigismember(const sigset_t *set, int signo);

/*返回值:若真则返回1,若假则返回0,若出错则返回-1*/

4 sigprocmask函数

每个进程都有一个信号屏蔽字（signal mask），对于每一种可能的信号，屏蔽字中都有一位与之对应，它规定了当前要阻塞而不能递送到该进程的信号集。sigprocmask 函数可以检测或者设置进程的信号屏蔽字。

#include <signal.h>

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

/*返回值:若成功则返回0,若出错则返回-1*/

若 oset 参数是一个非空指针，则进程的当前信号屏蔽字将通过 oset 返回。

若 set 参数是一个非空指针，则参数 how 将指示如何修改当前信号屏蔽字。

若set是一个空指针，则不改变该进程的信号屏蔽字，how的值也无意义。

how 的可选值如下表所示：

how	说明
SIG_BLOCK	该进程新的信号屏蔽字是其当前信号屏蔽字和 set 指向信号集的并集，set 包含了我们希望阻塞的信号
SIG_UNBLOCK	该进程的信号屏蔽字是当前信号屏蔽字和 set 所指向信号集补给的交集，set包含了我们希望解除阻塞的信号
SIG_SETMASK	该进程新的信号屏蔽字被set所指向的信号集代替

5 sigpending函数

函数 sigpending 获取当前进程所有未决的信号。通过其 set 参数返回未决的信号集。

#include <signal.h>

int sigpending(sigset_t *set);

/*返回值:若成功则返回0,若出错则返回-1*/

6 sigaction函数

函数sigaction的功能是检查或修改与指定信号相关的处理动作（或同时执行这两种操作）

#include <signal.h>

int sigaction(int signo, const struct sigaction *restrict act, struct sigaction *restrict oact);

/*返回值：成功返回0，出错返回-1*/

其中，参数signo是要检测或修改的信号编号。

若act指针非空，则修改其动作。

若oact指针非空，则系统经由oact指针返回该信号的上一个动作。

结构体sigaction定义如下：

struct sigaction{

	void (*sa_handler)(int);//信号处理函数的地址

							//或SIG_IGN，或SIG_DFL

	sigset_t sa_mask;//信号屏蔽字

	int sa_flags;//信号选项

	/*替代的信号处理程序*/

	void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);

};

sa_handler为一个信号处理函数，在电泳该函数之前，sigaction函数会将sa_mask信号集的内容加入到进程的信号屏蔽字之中。只有当信号处理函数返回后再将进程屏蔽字恢复成原先值。这样，在调用信号处理函数的过程中就能够阻塞某些信号，保证进程处理一个信号时不会被打断。

sa_flag字段指定对信号处理的选项，几个重要的见下表：

选项	说明
SA_INTERRUPT	由此信号中断的系统调用不会自启动
SA_RESTART	由此信号中断的系统调用会自动重启动
SA_SIGINFO	此选项对信号处理程序提供了附加信息：一个指向siginfo结构指针和一个指向进程上下文标识符的指针
SA_NOCLDSTOP	这个flag只对SIGCHLD信号有效，当这个flag设置的时候，系统会给终止的子进程发送一个信号，但是不会给已经停止的子进程发送信号。默认情况下，系统会向终止的子进程和停止的子进程都发送SIGCHLD信号

sa_sigaction字段是一个替代的信号处理程序。但sigaction结构体中使用了SA_SIGINFO标识时，使用该信号处理函数。他与sa_handler使用同一存储区，因此只能使用两者其中一个。

7 sigsetjmp和siglongjmp函数

#include <setjmp.h>

int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savemask);

/*返回值：若直接调用则返回0，若从siglongjmp调用则返回非0值*/

void siglongjmp(sigjmp_buf env, int val);

sigsetjmp和siglongjmp与setjmp和longjmp之间的区别在于：增加了一个savemask参数。如果savemask非0，则sigsetjmp保存当前进程的信号屏蔽字到env中，调用siglongjmp时则会从中恢复保存的信号屏蔽字。

8 sigsuspend函数

更改信号屏蔽字可以阻塞或者解除阻塞所选择的信号，用这种技术可以保护不希望由信号中断的代码临界区。如果希望一个信号解除阻塞，然后等待以前被阻塞的信号发生，需要用sigsuspend函数。

#include <signal.h>

int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);

/*返回值：-1，并将errno设置为EINTR*/

调用该函数进程将会一直挂起，直到捕捉到sigmask里的信号并且从它的信号处理函数返回，则sigsuspend函数返回。