无涯教程-进程 - 信号(Signals)

信号是对进程的通知，指示事件的发生。信号也称为软件中断，无法预知其发生，因此也称为异步事件。

可以用数字或名称指定信号，通常信号名称以SIG开头。可用信号kill –l(列出信号名称为l)检查可用信号，如下所示-

无论何时发出信号，都会执行默认操作，忽略信号意味着既不执行默认操作也不处理信号，几乎可以忽略或处理所有信号。不可忽略或无法处理/捕获的信号是SIGSTOP和SIGKILL。

总而言之，对信号执行的操作如下-

默认操作
处理信号
忽略信号

如所讨论的，可以改变默认动作的执行来处理信号，信号处理可以两种方式之一进行，即通过系统调用signal()和sigaction()。

#include <signal.h>

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

系统调用signal()将在信号产生时调用注册处理程序，如信号传递中所述。处理程序可以是SIG_IGN(忽略信号)，SIG_DFL(将信号设置回默认机制)或用户定义的信号处理程序或函数地址之一。

成功的系统调用将返回带有整数参数且没有返回值的函数的地址。如果发生错误，此调用将返回SIG_ERR。

尽管可以使用signal()调用由用户注册的相应信号处理程序，但无法进行微调，例如屏蔽应阻止的信号，修改信号的行为以及其他功能。使用sigaction()系统调用可以做到这一点。

#include <signal.h>

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact)

该系统调用用于检查或更改信号动作，如果该动作不为空，则从该动作安装信号信号的新动作。如果oldact不为null，则先前的操作将保存在oldact中。

sigaction结构包含以下字段-

字段1 - 在sa_handler或sa_sigaction中提到的处理程序。

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

sa_handler的处理程序基于符号指定要执行的操作，其中SIG_DFL表示默认操作，而SIG_IGN则忽略信号或指向信号处理功能的指针。

sa_sigaction的处理程序将信号编号指定为第一个参数，将siginfo_t结构的指针指定为第二个参数，将用户上下文的指针指定为第三个参数(请检查getcontext()或setcontext()以获取更多信息)。

结构siginfo_t包含信号信息，例如要传送的信号编号，信号值，进程ID，发送进程的实际用户ID等。

字段2 - 要阻止的信号集。

int sa_mask;

此变量指定在执行信号处理程序期间应屏蔽的信号掩码。

字段3 - 特殊标志。

int sa_flags;

该字段指定一组标志，这些标志可修改信号的行为。

字段4 - 还原处理程序。

void (*sa_restorer) (void);

成功时此系统调用返回0，失败时返回-1。

让我们考虑一些示例程序。

首先，让我们从产生异常的示例程序开始，在此程序中，我们尝试执行零除运算，这会使系统生成异常。

/* signal_fpe.c */
#include<stdio.h>

int main() {
   int result;
   int v1, v2;
   v1 = 121;
   v2 = 0;
   result = v1/v2;
   printf("Result of Divide by Zero is %d\n", result);
   return 0;
}

编译和执行步骤

Floating point exception (core dumped)

因此，当我们尝试执行算术运算时，系统生成了带有核心转储的浮点异常，这是信号的默认操作。

现在，让我们使用signal()系统调用来修改代码以处理此特定信号。

/* signal_fpe_handler.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

void handler_dividebyzero(int signum);

int main() {
   int result;
   int v1, v2;
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   sigHandlerReturn = signal(SIGFPE, handler_dividebyzero);
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("Signal Error: ");
      return 1;
   }
   v1 = 121;
   v2 = 0;
   result = v1/v2;
   printf("Result of Divide by Zero is %d\n", result);
   return 0;
}

void handler_dividebyzero(int signum) {
   if (signum == SIGFPE) {
      printf("Received SIGFPE, Divide by Zero Exception\n");
      exit (0);
   } 
   else
      printf("Received %d Signal\n", signum);
      return;
}

编译和执行步骤

Received SIGFPE, Divide by Zero Exception

如所讨论的，信号是由系统生成的，或者用户也可以通过编程方式生成信号，如果要以编程方式生成信号，请使用库函数raise()。

要继续执行已停止的进程，请将SIGCONT发送到该特定进程。您还可以发出fg(前景)或bg(背景)命令以继续执行，在这里，这些命令只会重新开始最后一个进程的执行。如果停止了多个进程，则仅恢复最后一个进程。如果要恢复以前停止的进程，请恢复作业(使用fg/bg)以及作业号。

以下程序用于通过raise()函数引发信号SIGSTOP。用户按下CTRL + Z(Control + Z)键也可以生成信号SIGSTOP。发出该信号后，程序将停止执行。发送信号(SIGCONT)以继续执行。

在以下示例中，我们将使用命令fg恢复停止的进程。

/* signal_raising.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

int main() {
   printf("Testing SIGSTOP\n");
   raise(SIGSTOP);
   return 0;
}

编译和执行步骤

Testing SIGSTOP
[1]+ Stopped ./a.out
./a.out

现在，通过从另一个终端发出SIGCONT，增强先前的程序以继续执行已停止的进程。

/* signal_stop_continue.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

void handler_sigtstp(int signum);

int main() {
   pid_t pid;
   printf("Testing SIGSTOP\n");
   pid = getpid();
   printf("Open 另一个码头 and issue following command\n");
   printf("kill -SIGCONT %d or kill -CONT %d or kill -18 %d\n", pid, pid, pid);
   raise(SIGSTOP);
   printf("Received signal SIGCONT\n");
   return 0;
}

编译和执行步骤

Testing SIGSTOP
Open 另一个码头 and issue following command
kill -SIGCONT 30379 or kill -CONT 30379 or kill -18 30379
[1]+ Stopped ./a.out

Received signal SIGCONT
[1]+ Done ./a.out

在另一个终端

kill -SIGCONT 30379

到目前为止，我们已经看到了处理系统生成的信号的程序。现在，让我们看看通进程序(使用raise()函数或通过kill命令)生成的信号。该程序生成信号SIGTSTP(终端停止)，其默认操作是停止执行。但是，由于我们现在正在处理信号而不是默认操作，因此它将到达已定义的处理程序。在这种情况下，我们只是打印消息并退出。

/* signal_raising_handling.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

void handler_sigtstp(int signum);

int main() {
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   sigHandlerReturn = signal(SIGTSTP, handler_sigtstp);
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("Signal Error: ");
      return 1;
   }
   printf("Testing SIGTSTP\n");
   raise(SIGTSTP);
   return 0;
}

void handler_sigtstp(int signum) {
   if (signum == SIGTSTP) {
      printf("Received SIGTSTP\n");
      exit(0);
   }
   else
      printf("Received %d Signal\n", signum);
      return;
}

编译和执行步骤

Testing SIGTSTP
Received SIGTSTP

我们已经看到了执行默认操作或处理信号的实例。现在，该忽略信号了。在这里，在此示例程序中，我们通过SIG_IGN注册了要忽略的信号SIGTSTP，然后提高了信号SIGTSTP(终端停止)。当信号SIGTSTP产生时，将被忽略。

/* signal_raising_ignoring.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

void handler_sigtstp(int signum);

int main() {
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   sigHandlerReturn=signal(SIGTSTP, SIG_IGN);
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("Signal Error: ");
      return 1;
   }
   printf("Testing SIGTSTP\n");
   raise(SIGTSTP);
   printf("Signal SIGTSTP is ignored\n");
   return 0;
}

编译和执行步骤

Testing SIGTSTP
Signal SIGTSTP is ignored

到目前为止，我们已经观察到我们有一个信号处理程序来处理一个信号。我们可以有一个处理程序来处理多个信号吗?答案是肯定的。让我们考虑一个程序。

以下程序执行以下操作-

步骤1 - 注册一个处理程序(handleSignals)以捕获或处理信号SIGINT(CTRL + C)或SIGQUIT(CTRL +\)

步骤2 - 如果用户生成信号SIGQUIT(通过终止命令或使用CTRL +\的键盘控制)，则处理程序仅将消息打印为返回。

步骤3 - 如果用户首次生成信号SIGINT(通过kill命令或使用CTRL + C的键盘控制)，则它将修改该信号以从下一次执行默认操作(使用SIG_DFL)。

步骤4 - 如果用户第二次生成信号SIGINT，它将执行默认操作，即终止程序。

/* Filename: sigHandler.c */
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void handleSignals(int signum);

int main(void) {
   void (*sigHandlerInterrupt)(int);
   void (*sigHandlerQuit)(int);
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   sigHandlerInterrupt = sigHandlerQuit = handleSignals;
   sigHandlerReturn = signal(SIGINT, sigHandlerInterrupt);
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("signal error: ");
      return 1;
   }
   sigHandlerReturn = signal(SIGQUIT, sigHandlerQuit);
   
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("signal error: ");
      return 1;
   }
   while (1) {
      printf("\nTo terminate this program, perform the following:\n");
      printf("1. Open another terminal\n");
      printf("2. Issue command: kill %d or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)\n", getpid());
      sleep(10);
   }
   return 0;
}

void handleSignals(int signum) {
   switch(signum) {
      case SIGINT:
      printf("\nYou pressed CTRL+C\n");
      printf("Now reverting SIGINT signal to default action\n");
      signal(SIGINT, SIG_DFL);
      break;
      case SIGQUIT:
      printf("\nYou pressed CTRL+\\\n");
      break;
      default:
      printf("\nReceived signal number %d\n", signum);
      break;
   }
   return;
}

编译和执行步骤

To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 74 or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C
You pressed CTRL+C
Now reverting SIGINT signal to default action
          
To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 74 or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^\You pressed CTRL+\
To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 120
Terminated

另一个终端

kill 71

第二种方法

我们知道要处理信号，我们有两个系统调用，即signal()或sigaction()。到目前为止，我们已经看到了signal()系统调用，现在是时候进行sigaction()系统调用了。让我们修改上述程序以使用sigaction()如下执行-

/* Filename: sigHandlerSigAction.c */
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void handleSignals(int signum);

int main(void) {
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   struct sigaction mysigaction;
   mysigaction.sa_handler = handleSignals;
   sigemptyset(&mysigaction.sa_mask);
   mysigaction.sa_flags = 0;
   sigaction(SIGINT, &mysigaction, NULL);
   
   if (mysigaction.sa_handler == SIG_ERR) {
      perror("signal error: ");
      return 1;
   }
   mysigaction.sa_handler = handleSignals;
   sigemptyset(&mysigaction.sa_mask);
   mysigaction.sa_flags = 0;
   sigaction(SIGQUIT, &mysigaction, NULL);
   
   if (mysigaction.sa_handler == SIG_ERR) {
      perror("signal error: ");
      return 1;
   }
   while (-1) {
      printf("\nTo terminate this program, perform either of the following:\n");
      printf("1. Open another terminal and issue command: kill %d\n", getpid());
      printf("2. Issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)\n");
      sleep(10);
   }
   return 0;
}

void handleSignals(int signum) {
   switch(signum) {
      case SIGINT:
      printf("\nYou have entered CTRL+C\n");
      printf("Now reverting SIGINT signal to perform default action\n");
      signal(SIGINT, SIG_DFL);
      break;
      case SIGQUIT:
      printf("\nYou have entered CTRL+\\\n");
      break;
      default:
      printf("\nReceived signal number %d\n", signum);
      break;
   }
   return;
}

让我们看看编译和执行进程。在执行进程中，让我们两次查看CTRL + C问题，其余检查/方式(如上所述)也可以尝试该程序。

编译和执行步骤

To terminate this program, perform either of the following:
1. Open another terminal and issue command: kill 3199
2. Issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C
You have entered CTRL+C
Now reverting SIGINT signal to perform default action
To terminate this program, perform either of the following:
1. Open another terminal and issue command: kill 3199
2. Issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C