一、什么是信號(hào)

用過Windows的我們都知道，當(dāng)我們無法正常結(jié)束一個(gè)程序時(shí)，可以用任務(wù)管理器強(qiáng)制結(jié)束這個(gè)進(jìn)程，但這其實(shí)是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？同樣的功能在Linux上是通過生成信號(hào)和捕獲信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行中的進(jìn)程捕獲到這個(gè)信號(hào)然后作出一定的操作并最終被終止。

信號(hào)是UNIX和Linux系統(tǒng)響應(yīng)某些條件而產(chǎn)生的一個(gè)事件，接收到該信號(hào)的進(jìn)程會(huì)相應(yīng)地采取一些行動(dòng)。通常信號(hào)是由一個(gè)錯(cuò)誤產(chǎn)生的。但它們還可以作為進(jìn)程間通信或修改行為的一種方式，明確地由一個(gè)進(jìn)程發(fā)送給另一個(gè)進(jìn)程。一個(gè)信號(hào)的產(chǎn)生叫生成，接收到一個(gè)信號(hào)叫捕獲。

二、信號(hào)的種類

信號(hào)的名稱是在頭文件signal.h中定義的，信號(hào)都以SIG開頭，常用的信號(hào)并不多，常用的信號(hào)如下：

更多的信號(hào)類型可查看附錄表。

三、信號(hào)的處理——signal函數(shù)

程序可用使用signal函數(shù)來處理指定的信號(hào)，主要通過忽略和恢復(fù)其默認(rèn)行為來工作。signal函數(shù)的原型如下：

#include <signal.h> 
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int); 

這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的聲明，耐心點(diǎn)看可以知道signal是一個(gè)帶有sig和func兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)，func是一個(gè)類型為void (*)(int)的函數(shù)指針。該函數(shù)返回一個(gè)與func相同類型的指針，指向先前指定信號(hào)處理函數(shù)的函數(shù)指針。準(zhǔn)備捕獲的信號(hào)的參數(shù)由sig給出，接收到的指定信號(hào)后要調(diào)用的函數(shù)由參數(shù)func給出。其實(shí)這個(gè)函數(shù)的使用是相當(dāng)簡單的，通過下面的例子就可以知道。注意信號(hào)處理函數(shù)的原型必須為void func（int），或者是下面的特殊值：

SIG_IGN:忽略信號(hào)

SIG_DFL:恢復(fù)信號(hào)的默認(rèn)行為

說了這么多，還是給出一個(gè)例子來說明一下吧，源文件名為signal1.c，代碼如下：

#include <signal.h> 
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
void ouch(int sig) 
{ 
 printf("\nOUCH! - I got signal %d\n", sig); 
 //恢復(fù)終端中斷信號(hào)SIGINT的默認(rèn)行為 
 (void) signal(SIGINT, SIG_DFL); 
} 
int main() 
{ 
 //改變終端中斷信號(hào)SIGINT的默認(rèn)行為，使之執(zhí)行ouch函數(shù) 
 //而不是終止程序的執(zhí)行 
 (void) signal(SIGINT, ouch); 
 while(1) 
 { 
  printf("Hello World!\n"); 
  sleep(1); 
 } 
 return 0; 
} 

運(yùn)行結(jié)果如下：

可以看到，第一次按下終止命令（ctrl+c）時(shí)，進(jìn)程并沒有被終止，面是輸出OUCH! - I got signal 2，因?yàn)镾IGINT的默認(rèn)行為被signal函數(shù)改變了，當(dāng)進(jìn)程接受到信號(hào)SIGINT時(shí)，它就去調(diào)用函數(shù)ouch去處理，注意ouch函數(shù)把信號(hào)SIGINT的處理方式改變成默認(rèn)的方式，所以當(dāng)你再按一次ctrl+c時(shí)，進(jìn)程就像之前那樣被終止了。

四、信號(hào)處理——sigaction函數(shù)

前面我們看到了signal函數(shù)對(duì)信號(hào)的處理，但是一般情況下我們可以使用一個(gè)更加健壯的信號(hào)接口——sigaction函數(shù)。它的原型為：

#include <signal.h> 
int sigaction(int sig, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact); 

該函數(shù)與signal函數(shù)一樣，用于設(shè)置與信號(hào)sig關(guān)聯(lián)的動(dòng)作，而oact如果不是空指針的話，就用它來保存原先對(duì)該信號(hào)的動(dòng)作的位置，act則用于設(shè)置指定信號(hào)的動(dòng)作。

sigaction結(jié)構(gòu)體定義在signal.h中，但是它至少包括以下成員：

void (*) (int) sa_handler;處理函數(shù)指針，相當(dāng)于signal函數(shù)的func參數(shù)。

sigset_t sa_mask; 指定一個(gè)。信號(hào)集，在調(diào)用sa_handler所指向的信號(hào)處理函數(shù)之前，該信號(hào)集將被加入到進(jìn)程的信號(hào)屏蔽字中。信號(hào)屏蔽字是指當(dāng)前被阻塞的一組信號(hào)，它們不能被當(dāng)前進(jìn)程接收到

int sa_flags;信號(hào)處理修改器;

sa_mask的值通常是通過使用信號(hào)集函數(shù)來設(shè)置的，關(guān)于信號(hào)集函數(shù)，我將會(huì)在我的下一篇文章——Linux進(jìn)程間通信——信號(hào)集函數(shù)，詳細(xì)講述。

sa_flags，通常可以取以下的值：

此外，現(xiàn)在有一個(gè)這樣的問題，我們使用signal或sigaction函數(shù)來指定處理信號(hào)的函數(shù)，但是如果這個(gè)信號(hào)處理函數(shù)建立之前就接收到要處理的信號(hào)的話，進(jìn)程會(huì)有怎樣的反應(yīng)呢？它就不會(huì)像我們想像的那樣用我們設(shè)定的處理函數(shù)來處理了。sa_mask就可以解決這樣的問題，sa_mask指定了一個(gè)信號(hào)集，在調(diào)用sa_handler所指向的信號(hào)處理函數(shù)之前，該信號(hào)集將被加入到進(jìn)程的信號(hào)屏蔽字中，設(shè)置信號(hào)屏蔽字可以防止信號(hào)在它的處理函數(shù)還未運(yùn)行結(jié)束時(shí)就被接收到的情況，即使用sa_mask字段可以消除這一競態(tài)條件。

承接上面的例子，下面給出用sigaction函數(shù)重寫的例子代碼，源文件為signal2.c，代碼如下：

#include <unistd.h> 
#include <stdio.h> 
#include <signal.h> 
void ouch(int sig) 
{ 
 printf("\nOUCH! - I got signal %d\n", sig); 
} 
int main() 
{ 
 struct sigaction act; 
 act.sa_handler = ouch; 
 //創(chuàng)建空的信號(hào)屏蔽字，即不屏蔽任何信息 
 sigemptyset(&act.sa_mask); 
 //使sigaction函數(shù)重置為默認(rèn)行為 
 act.sa_flags = SA_RESETHAND; 
 sigaction(SIGINT, &act, 0); 
 while(1) 
 { 
  printf("Hello World!\n"); 
  sleep(1); 
 } 
 return 0; 
} 

運(yùn)行結(jié)果與前一個(gè)例子中的相同。注意sigaction函數(shù)在默認(rèn)情況下是不被重置的，如果要想它重置，則sa_flags就要為SA_RESETHAND。

五、發(fā)送信號(hào)

上面說到的函數(shù)都是一些進(jìn)程接收到一個(gè)信號(hào)之后怎么對(duì)這個(gè)信號(hào)作出反應(yīng)，即信號(hào)的處理的問題，有沒有什么函數(shù)可以向一個(gè)進(jìn)程主動(dòng)地發(fā)出一個(gè)信號(hào)呢？我們可以通過兩個(gè)函數(shù)kill和alarm來發(fā)送一個(gè)信號(hào)。

1、kill函數(shù)

先來看看kill函數(shù)，進(jìn)程可以通過kill函數(shù)向包括它本身在內(nèi)的其他進(jìn)程發(fā)送一個(gè)信號(hào)，如果程序沒有發(fā)送這個(gè)信號(hào)的權(quán)限，對(duì)kill函數(shù)的調(diào)用就將失敗，而失敗的常見原因是目標(biāo)進(jìn)程由另一個(gè)用戶所擁有。想一想也是容易明白的，你總不能控制別人的程序吧，當(dāng)然超級(jí)用戶root，這種上帝般的存在就除外了。

kill函數(shù)的原型為：

#include <sys/types.h> 
#include <signal.h> 
int kill(pid_t pid, int sig); 

它的作用把信號(hào)sig發(fā)送給進(jìn)程號(hào)為pid的進(jìn)程，成功時(shí)返回0。

kill調(diào)用失敗返回-1，調(diào)用失敗通常有三大原因：

1、給定的信號(hào)無效（errno = EINVAL)

2、發(fā)送權(quán)限不夠( errno = EPERM ）

3、目標(biāo)進(jìn)程不存在( errno = ESRCH )

2、alarm函數(shù)

這個(gè)函數(shù)跟它的名字一樣，給我們提供了一個(gè)鬧鐘的功能，進(jìn)程可以調(diào)用alarm函數(shù)在經(jīng)過預(yù)定時(shí)間后向發(fā)送一個(gè)SIGALRM信號(hào)。

alarm函數(shù)的型如下：

#include <unistd.h> 
unsigned int alarm(unsigned int seconds); 

alarm函數(shù)用來在seconds秒之后安排發(fā)送一個(gè)SIGALRM信號(hào)，如果seconds為0，將取消所有已設(shè)置的鬧鐘請求。alarm函數(shù)的返回值是以前設(shè)置的鬧鐘時(shí)間的余留秒數(shù)，如果返回失敗返回-1。

馬不停蹄，下面就給合fork、sleep和signal函數(shù)，用一個(gè)例子來說明kill函數(shù)的用法吧，源文件為signal3.c，代碼如下：

#include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <signal.h> 
static int alarm_fired = 0; 
void ouch(int sig) 
{ 
 alarm_fired = 1; 
} 
int main() 
{ 
 pid_t pid; 
 pid = fork(); 
 switch(pid) 
 { 
 case -1: 
  perror("fork failed\n"); 
  exit(1); 
 case 0: 
  //子進(jìn)程 
  sleep(5); 
  //向父進(jìn)程發(fā)送信號(hào) 
  kill(getppid(), SIGALRM); 
  exit(0); 
 default:; 
 } 
 //設(shè)置處理函數(shù) 
 signal(SIGALRM, ouch); 
 while(!alarm_fired) 
 { 
  printf("Hello World!\n"); 
  sleep(1); 
 } 
 if(alarm_fired) 
  printf("\nI got a signal %d\n", SIGALRM); 
 exit(0); 
} 

運(yùn)行結(jié)果如下：

在代碼中我們使用fork調(diào)用復(fù)制了一個(gè)新進(jìn)程，在子進(jìn)程中，5秒后向父進(jìn)程中發(fā)送一個(gè)SIGALRM信號(hào)，父進(jìn)程中捕獲這個(gè)信號(hào)，并用ouch函數(shù)來處理，變改alarm_fired的值，然后退出循環(huán)。從結(jié)果中我們也可以看到輸出了5個(gè)Hello World！之后，程序就收到一個(gè)SIGARLM信號(hào)，然后結(jié)束了進(jìn)程。

注：如果父進(jìn)程在子進(jìn)程的信號(hào)到來之前沒有事情可做，我們可以用函數(shù)pause（）來掛起父進(jìn)程，直到父進(jìn)程接收到信號(hào)。當(dāng)進(jìn)程接收到一個(gè)信號(hào)時(shí)，預(yù)設(shè)好的信號(hào)處理函數(shù)將開始運(yùn)行，程序也將恢復(fù)正常的執(zhí)行。這樣可以節(jié)省CPU的資源，因?yàn)榭梢员苊馐褂靡粋€(gè)循環(huán)來等待。以本例子為例，則可以把while循環(huán)改為一句pause();

下面再以一個(gè)小小的例子來說明alarm函數(shù)和pause函數(shù)的用法吧，源文件名為，signal4.c，代碼如下：

#include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <signal.h> 
static int alarm_fired = 0; 
void ouch(int sig) 
{ 
 alarm_fired = 1; 
} 
int main() 
{ 
 //關(guān)聯(lián)信號(hào)處理函數(shù) 
 signal(SIGALRM, ouch); 
 //調(diào)用alarm函數(shù)，5秒后發(fā)送信號(hào)SIGALRM 
 alarm(5); 
 //掛起進(jìn)程 
 pause(); 
 //接收到信號(hào)后，恢復(fù)正常執(zhí)行 
 if(alarm_fired == 1) 
  printf("Receive a signal %d\n", SIGALRM); 
 exit(0); 
} 

運(yùn)行結(jié)果如下：

進(jìn)程在5秒后接收到一個(gè)SIGALRM，進(jìn)程恢復(fù)運(yùn)行，打印信息并退出。

六、信號(hào)處理函數(shù)的安全問題

試想一個(gè)問題，當(dāng)進(jìn)程接收到一個(gè)信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)到你關(guān)聯(lián)的函數(shù)中執(zhí)行，但是在執(zhí)行的時(shí)候，進(jìn)程又接收到同一個(gè)信號(hào)或另一個(gè)信號(hào)，又要執(zhí)行相關(guān)聯(lián)的函數(shù)時(shí)，程序會(huì)怎么執(zhí)行？

也就是說，信號(hào)處理函數(shù)可以在其執(zhí)行期間被中斷并被再次調(diào)用。當(dāng)返回到第一次調(diào)用時(shí)，它能否繼續(xù)正確操作是很關(guān)鍵的。這不僅僅是遞歸的問題，而是可重入的（即可以完全地進(jìn)入和再次執(zhí)行）的問題。而反觀Linux，其內(nèi)核在同一時(shí)期負(fù)責(zé)處理多個(gè)設(shè)備的中斷服務(wù)例程就需要可重入的，因?yàn)閮?yōu)先級(jí)更高的中斷可能會(huì)在同一段代碼的執(zhí)行期間“插入”進(jìn)來。

簡言之，就是說，我們的信號(hào)處理函數(shù)要是可重入的，即離開后可再次安全地進(jìn)入和再次執(zhí)行，要使信號(hào)處理函數(shù)是可重入的，則在信息處理函數(shù)中不能調(diào)用不可重入的函數(shù)。下面給出可重入的函數(shù)在列表，不在此表中的函數(shù)都是不可重入的，可重入函數(shù)表如下：

七、附錄——信號(hào)表

如果進(jìn)程接收到上面這些信號(hào)中的一個(gè)，而事先又沒有安排捕獲它，進(jìn)程就會(huì)終止。

還有其他的一些信號(hào)，如下：

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