UNIX环境高级编程——信号基本概述和signal函数

一、为了理解信号，先从我们最熟悉的场景说起：
1. 用户输入命令，在Shell下启动一个前台进程。
2. 用户按下Ctrl-C，这个键盘输入产生一个硬件中断。
3. 如果CPU当前正在执行这个进程的代码，则该进程的用户空间代码暂停执行，CPU从用户态切换到内核态处理硬件中断。
4. 终端驱动程序将Ctrl-C解释成一个SIGINT信号，记在该进程的PCB中（也可以说发送了一个SIGINT信号给该进程）。

5. 当某个时刻要从内核返回到该进程的用户空间代码继续执行之前，首先处理PCB中记录的信号，发现有一个SIGINT信号待处理，而这个信号的默认处理动作是终止进程，所以直接终止进程而不再返回它的用户空间代码执行。

用kill -l命令可以察看系统定义的信号列表：
每个信号都有一个编号和一个宏定义名称，这些宏定义可以在signal.h中找到，例如其中有定义#define SIGINT 2。编号34以上的是实时信号，这些信号各自在什么条件下产生，默认的处理动作是什么（Term表示终止当前进程，Core表示终止当前进程并且Core Dump，Ign表示忽略该信号，Stop表示停止当前进程，Cont表示继续执行先前停止的进程），在signal(7)中都有详细说明。

[1,31]       不可靠信号，多个信号不会排队只保留一个，即信号可能丢失。

[34,64]    可靠（实时信号），支持排队信号不会丢失，可使用sigqueue发送信号，不像0~31有缺省的定义。

二、产生信号的条件主要有：

1、用户在终端按下某些键时，终端驱动程序会发送信号给前台进程，例如Ctrl-C产生SIGINT信号，Ctrl-\产生SIGQUIT信号，Ctrl-Z产生SIGTSTP信号。

2、硬件异常产生信号，这些条件由硬件检测到并通知内核，然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除以0的指令，CPU的运算单元会产生异常，内核将这个异常解释为SIGFPE信号发送给进程。

3、再比如当前进程访问了非法内存地址，MMU会产生异常，内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。

4、一个进程调用kill(2)函数可以发送信号给另一个进程。

5、可以用kill(1)命令发送信号给某个进程，kill(1)命令也是调用kill(2)函数实现的，如果不明确指定信号则发送SIGTERM信号，该信号的默认处理动作是终止进程。

6、raise：给自己发送信号。raise(sig)等价于kill(getpid(), sig);
7、killpg：给进程组发送信号。killpg(pgrp, sig)等价于kill(-pgrp, sig);
8、sigqueue：给进程发送信号，支持排队，可以附带信息。

9、当内核检测到某种软件条件发生时也可以通过信号通知进程，例如闹钟超时产生SIGALRM信号，向读端已关闭的管道写数据时产生SIGPIPE信号。

三、用户程序可以调用signal(2) / sigaction(2)函数告诉内核如何处理某种信号（若未注册则按缺省处理），可选的处理动作有三种：
1. 忽略此信号（SIG_IGN）。有两个信号不能被忽略：SIGKILL和SIGSTOP。
2. 执行该信号的默认处理动作（SIG_DFL）。
3. 提供一个信号处理函数，要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数，这种方式称为捕捉（catch）一个信号。

四、信号与中断的区别

信号与中断的相似点：
（1）采用了相同的异步通信方式；
（2）当检测出有信号或中断请求时，都暂停正在执行的程序而转去执行相应的处理程序；
（3）都在处理完毕后返回到原来的断点；
（4）对信号或中断都可进行屏蔽。
信号与中断的区别：
（1）中断有优先级，而信号没有优先级，所有的信号都是平等的；
（2）信号处理程序是在用户态下运行的，而中断处理程序是在核心态下运行；
（3）中断响应是及时的，而信号响应通常都有较大的时间延迟。

五、signal(2) 信号注册函数

typedef void (*__sighandler_t) (int);
#define SIG_ERR ((__sighandler_t) -1)
#define SIG_DFL ((__sighandler_t) 0)
#define SIG_IGN ((__sighandler_t) 1)

函数原型:
__sighandler_t signal(int signum, __sighandler_t handler);
参数
signal是一个带signum和handler两个参数的函数，准备捕捉或屏蔽的信号由参数signum给出，接收到指定信号时将要调用的函数由handler给出，handler这个函数必须有一个int类型的参数（即接收到的信号代码），它本身的类型是void
handler也可以是两个特殊值：SIG_IGN 屏蔽该信号；SIG_DFL    恢复默认行为。

返回值：返回先前的信号处理函数指针(注意不是handler），如果有错误则返回SIG_ERR(-1)。

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

void handler(int sig);

int main(int argc, char *argv[])
{
    __sighandler_t oldhandler;
    oldhandler = signal(SIGINT, handler); // 返回值是先前的信号处理程序函数指针
//    if (oldhandler == SIG_ERR)
//        ERR_EXIT("signal error");
      if (oldhandler == SIG_DFL)  //注意oldhandler应该等于SIG_DFL

	      printf("huang\n");

    while (getchar() != '\n') ;

    /* signal(SIGINT, SIG_DFL) */
//    if (signal(SIGINT, oldhandler) == SIG_ERR)
//        ERR_EXIT("signal error");
      if (signal(SIGINT, oldhandler) == handler)   //注意：signal(SIGINT, oldhandler)应该为handler

          printf("cheng\n");
    for (; ;) ;

    return 0;
}

void handler(int sig)
{
    printf("recv a sig=%d\n", sig);
}

测试输出如下：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out
huang
^Crecv a sig=2
^Crecv a sig=2

cheng
^C

程序执行开始注册了SIGINT信号的处理函数，故我们按下ctrl+c 并不会像往常一样终止程序，只是打印了recv a  sig = 2。接着按下回车，重新注册了SIGINT的默认处理，此时再ctrl+c 程序就被终止了。

将程序中的 29 ～38 行 换成如下的表述：

for (; ;)
{
    pause(); //使进程挂起直到一个信号被捕获(信号处理函数完成后返回)
    //且调用schedule()使系统调度其他程序运行，
    //这样比完全的死循环的好处是让出cpu
    printf("pause return\n");
}

调用pause函数：将进程置为可中断睡眠状态。然后它调用schedule()，使linux进程调度器找到另一个进程来运行。pause使调用者进程挂起，直到一个信号被捕获处理后函数才返回。调用pause 的好处是在等待信号的时候让出cpu，让系统调度其他进程运行，而不是完全的死循环，当然这样ctrl+c 就是始终终止不了程序，我们可以使用 ctrl+\ 产生SIGQUIT信号终止程序。

事实上根据man手册，signal 函数可移植性并不是很好，最好只是用在SIG_DFL, SIG_IGN 上，注册信号处理函数用sigaction 比较好。

注意：当一个进程调用fork时，其子进程继承父进程的信号处理方式。