信号

信号是由用户、系统或者进程发送给目标进程的信息，以通知目标进程某个状态的改变或系统异常。

1 信号概述

1.1 发送信号

Linux下，一个进程给其它进程发送信号的API是kill函数，定义如下：

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

该函数把信号sig发给目标进程，目标进程由pid参数指定，其可能的取值及含义如下所示：

pid参数 含义
pid>0 信号发给PID为pid的进程
pid=0 信号发给本进程组内的其它进程
pid=-1 信号发送给出init进程外所有进程，但发送者需要拥有对目标进程发送信号的权限
pid<-1 信号发送给组ID为-pid的进程组中的所有成员

kill函数成功时返回0,失败时返回-1并设置errno，几个可能的errno：

errno 含义
EINVAL 无效的信号
EPERM 该进程没有权限发送信号给任何一个目标进程
ESRCH 目标进程或进程组不存在

Linux定义的信号都大于0,如果sig取值为0,则kill函数不发送任何信号。

1.2 信号处理

目标进程在接收到信号时，需要定一个接受函数处理。信号处理函数原型如下：

#include <bits/signum.h>
#define SIG_DFL ((__sighandler_t) 0)
#define SIG_IGN ((__sighandler_t) 1)

SIG_IGN表示忽略目标信号，SIG_DFL表示使用信号的默认处理方式。信号的默认处理方式有如下几种：结束进程(Term)、忽略信号(Ign)、结束继承并生成核心转储文件(Core)、暂停进程(Stop)、以及继续进程(Cont)。

1.3 Linux信号

Linux的可用信号都定义在bit/signum.h头文件中，其中包括标准信号和POSIX实时信号。

点击这查询信号

和网络编成密切相关的几个信号：SIGHUP、SIGPIPE、SUGURG。

1.4 中断系统调用

如果程序在执行处于阻塞状态的系统调用时接收到信号，并且我们为该信号设置了信号处理函数，则默认情况下系统调用将被中断，并且errno被设置为EINTR。可以使用sigaction函数为信号设置SA_RESTART标志并自动重启被该信号中断的系统调用。

对于默认行为是暂停进程的信号，比如SIGSTOP、SIGTTIN，如果没有为它们设置信号处理函数，则它们也可以中断某些系统调用(比如，connect、epoll_wait)。POSIX没有规定这种行为，这是Linux特有的。

2 信号函数

2.1 signal系统调用

要为一个信号设置处理函数，可以使用下面的signal系统调用：

#include <signal.h>
_sighandler_t signal (int sig, _sighandler_t _handler)

sig - 要捕获的信号类型 _handler - 用于指定信号sig的处理函数，时_sighandler_t类型的函数指针。 函数成功时返回一个函数指针，该函数指针的类型也是_sighandler_t，这个返回值时前一次调用signal函数时传入的函数指针，或者是信号sig对应的默认处理函数指针SIG_DEF（如果第一次调用signal的话）。 出错时返回SIG_ERR，并设置errno。

2.2 sigaction系统调用

设置信号处理函数的更健壮的接口是如下的系统调用：

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

成功时返回0,失败时返回-1。 sig - 指出要捕获的信号类型 act - 指定新的信号处理方式 oact - 输出信号先前的处理方式（如果不为NULL的话） act和oact都是sigaction结构体类型的指针，该结构体描述了信号处理的细节：

struct sigaction {
#ifdef __USE_POSIX199309
    union {
        _sighandler_t sa_handler;
        void (*sa_sigaction) (int, siginfo_t*, void*);
    } __sigaction_handler;

#define sa_handler __sigaction_handler.sa_handler
#define sa_sigaction __sigaction_handler.sa_sigaction

#else
    _sighandler_t sa_handler;
#endif

    _sigset_t sa_mask;
    int sa_flags;
    void (*sa_restorer) (void);
};

该结构体中sa_handler指定信号处理函数，sa_mask成员设置进程的信号掩码（确切的说是在进程原有信号掩码的基础上增加信号掩码），以指定哪些信号不能发送给本进程。_sigset_t类型指定一组信号。

sa_flags可选有：SA_NOCLDSTOP、SA_NOCLDWAIT、SA_SIGINFO、SA_ONSTACK、SA_RESTART等等... 点击查看更多

3 信号集

3.1 信号集函数

Linux使用sigset_t表示一组信号，其定义如下：

#include <bits/sigset.h>
# define _SIGSET_NWORDS (1024 / (8 * sizeof(unsigned long int)))
typedef struct {
    unsigned long int __val[SIGSET_NWORDS]；
} __sigset_t

可以看出sigset是一个长整型数组，每个元素的每个位表示一个信号。Linux提供如下一组函数来设置、修改、删除和查询信号集：

#include <signal.h>
int sigemptyset (sigset_t* _set) //清空信号集
int sigfillset (sigset_t* _set) //在信号集中设置所有信号
int sigaddset (sigset_t* _set, int _signo) //将信号_signo添加到信号集中
int sigdelset (sigset_t* _set _signo) //将信号_signo从信号集中删除
int sigismember (_const sigset_t* _set, int _signo) //测试_signo是否在信号集中

3.2 进程信号掩码

上面提到可以利用sigaction结构体的sa_mask成员来设置进程的信号掩码。此外，如下函数也可以用于设置或查看进程的信号掩码：

#include <signal.h>
int sigprocmask (int _how, _const sigset_t* _set, sigset_t* _oset);

_set - 指定新的信号掩码 _oset - 输出原来的信号掩码（如果不为NULL的话） 如果_set不为NULL，则_how指定设置进程信号掩码的方式：

_how参数 含义
SIG_BLOCK 新的进程信号掩码是当前值和_set指定信号集的并集
SIG_UNBLOCK 新的进程信号掩码是当前值和~_set信号集的交集，因此_set指定的信号集将不被屏蔽
SIG_SETMASK 直接将进程信号掩码设置为_set

如果_set为NULL，则进程信号掩码不变，此时我们仍然可以利用_oset参数来获得进程当前的信号掩码。 sigprocmask成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。

3.3 被挂起的信号

设置进程信号掩码后，被屏蔽的信号将不能被进程接收。如果给进程发送一个被屏蔽的信号，则操作系统将该信号设置为进程的一个被挂起的信号。如果我们取消对被挂起信号的屏蔽，则它能立即被进程接收到。如下函数可以获得进程当前被挂起的信号集：

#include <signal.h>
int sigpending (sigset_t* set);

set - 用于保存被挂起的信号集。显然，进程即使多次接收到同一个被挂起的信号，sigpending函数也只能反映一次。并且再次使用sigprocmask使能挂起的信号时，该信号的处理函数也只能被触发一次。 sigpending成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。 在多进程多线程环境中，要以进程、线程为单位来处理信号和信号掩码。我们不能设想新创建的进程、线程具有和父进程、主线程完全相同的信号特征。比如fork调用产生的子进程将继承父进程的信号掩码，但具有一个空的挂起信号集。

4 统一事件源

信号是一种异步事件：信号处理函数和程序的主循环是两条不同的执行路线。很显然，信号处理函数需要尽可能快地执行完毕，以确保该信号不被屏蔽太久（为了避免一些竞态条件，信号在处理期间，系统不会再次触发它）。

一种典型的解决方案是：把信号的主要处理逻辑放到程序的主循环中，当信号处理函数被触发，它只是简单地通知主循环程序接收到信号，并把信号值传递给主循环，主循环再根据接收到的信号值执行目标信号对应的逻辑代码。信号处理函数通常使用管道来将信号传递给主循环：信号处理函数往管道的写端写入信号值，主循环则从管道的读端读出该信号值。

那么主循环怎么知道管道上何时有数据可读呢？这很简单，我们只需要使用I/O复用系统调用来监听管道的读端文件描述符上的可读事件。如此一来，信号事件就和其它I/O事件一样被处理，即统一事件源。

5 网络编程相关信号

5.1 SIGHUP

当挂起进程的控制终端时，SIGHUP信号将被触发。对于没有控制终端的网络后台程序而言，它们通常利用SIGHUP信号来强制服务器重读配置文件。如xinetd超级服务程序。

xinetd程序在接收到SIGHUP信号之后，循环读取/etc/xinetd.d目录下的每个子配置文件，并检测其变化。如果某个正在运行的子服务的配置文件被修改以停止服务，则xinetd主进程将给该子服务进程发送SIGTERM信号以结束它。如果某个子服务的配置文件被修改以开启服务，则xinetd将创建新的socket并将其绑定到该服务对应的端口上。

5.2 SIGPIPE

默认情况下，往一个读端关闭的管道或socket连接中写数据将引发SIGPIPE信号，我们需要在代码中捕获到并处理该信号，或者至少忽略它，因为程序接收到该信号的默认行为时结束进程，而我们绝对不希望因为错误的写操作而导致程序退出。引起SIGPIPE信号的写操作将设置errno为EPIPE。

可以使用send函数的MSG_NOSIGNAL标志来禁止写操作触发SIGPIPE信号。在这种情况下，我们应该使用send函数反馈的errno值来判断管道或者socket连接的读端是否已经关闭。

此外，也可以利用I/O复用系统调用来检测管道和socket连接的读端是否已经关闭。以poll为例，当管道的读端关闭时，写端文件描述符上的POLLHUP事件将被触发；当socket连接被对方关闭时，socket上的POLLRDHUP事件将被触发。

5.3 SIGURG

在Linux环境下，内核通知应用程序带外数据到达主要有两种方法，一种是I/O复用技术，select系统调用在接收到带外数据时将返回，并向应用程序报告socket上的异常事件，另外一种方法就是使用SIGURG信号。

参考

摘录自 《Linux高性能服务器编程》游双 著 机械工业出版

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