信号处理与等待：深入解析sigaction、pause、sigsuspend和sigwait

### 信号处理与等待：深入解析sigaction、pause、sigsuspend和sigwait #### 1. 信号捕获与忽略：sigaction函数 sigaction函数允许调用者检查或指定与特定信号关联的操作。其原型如下： ```c #include <signal.h> int sigaction(int sig, const struct sigaction *restrict act, struct sigaction *restrict oact); ``` - `sig`：指定信号编号。 - `act`：指向`struct sigaction`结构的指针，指定要采取的操作。 - `oact`：指向`struct sigaction`结构的指针，接收与信号关联的先前操作。 如果`act`为`NULL`，调用`sigaction`不会更改与信号关联的操作；如果`oact`为`NULL`，调用不会返回与信号关联的先前操作。 `sigaction`成功时返回0，失败时返回 -1 并设置`errno`。以下是可能的错误码： | errno | 原因 | | --- | --- | | EINVAL | sig是无效的信号编号，或尝试捕获无法捕获的信号，或尝试忽略无法忽略的信号 | | ENOTSUP | sa_flags的SA_SIGINFO位被设置，且实现不支持POSIX:RTS或POSIX:XSI | `struct sigaction`结构至少包含以下成员： ```c struct sigaction { void (*sa_handler)(int); /* SIG_DFL, SIG_IGN or pointer to function */ sigset_t sa_mask; /* additional signals to be blocked during execution of handler */ int sa_flags; /* special flags and options */ void(*sa_sigaction) (int, siginfo_t *, void *); /* realtime handler */ }; ``` - `sa_handler`和`sa_sigaction`的存储可能重叠，应用程序应仅使用其中一个成员来指定操作。 - 如果`sa_flags`字段的`SA_SIGINFO`标志被清除，`sa_handler`指定为指定信号要采取的操作。 - 如果`sa_flags`字段的`SA_SIGINFO`标志被设置，并且实现支持POSIX:RTS或POSIX:XSI扩展，`sa_sigaction`字段指定一个信号捕获函数。 以下是一些使用`sigaction`的示例： - **设置SIGINT信号处理程序**： ```c struct sigaction newact; newact.sa_handler = mysighand; /* set the new handler */ newact.sa_flags = 0; /* no special options */ if ((sigemptyset(&newact.sa_mask) == -1) || (sigaction(SIGINT, &newact, NULL) == -1)) perror("Failed to install SIGINT signal handler"); ``` - **忽略SIGINT信号（如果当前为默认操作）**： ```c struct sigaction act; if (sigaction(SIGINT, NULL, &act) == -1) /* Find current SIGINT handler */ perror("Failed to get old handler for SIGINT"); else if (act.sa_handler == SIG_DFL) { /* if SIGINT handler is default */ act.sa_handler = SIG_IGN; /* set new SIGINT handler to ignore */ if (sigaction(SIGINT, &act, NULL) == -1) perror("Failed to ignore SIGINT"); } ``` - **捕获Ctrl - C生成的SIGINT信号**： ```c void catchctrlc(int signo) { char handmsg[] = "I found Ctrl-C\n"; int msglen = sizeof(handmsg); write(STDERR_FILENO, handmsg, msglen); } struct sigaction act; act.sa_handler = catchctrlc; act.sa_flags = 0; if ((sigemptyset(&act.sa_mask) == -1) || (sigaction(SIGINT, &act, NULL) == -1)) perror("Failed to set SIGINT to handle Ctrl-C"); ``` 在信号处理程序中，应使用异步信号安全的函数，如`write`，因为POSIX保证`write`是异步信号安全的，而`fprintf`和`strlen`等函数没有类似保证。 #### 2. 信号等待函数 信号提供了一种无需忙等待即可等待事件的方法。POSIX的`pause`、`sigsuspend`和`sigwait`函数提供了三种机制，用于在信号发生之前挂起进程。 ##### 2.1 pause函数 `pause`函数挂起调用线程，直到传递一个信号，该信号的操作要么是执行用户定义的处理程序，要么是终止进程。如果操作是终止，`pause`不会返回；如果信号被进程捕获，`pause`在信号处理程序返回后返回。 ```c #include <unistd.h> int pause(void); ``` `pause`总是返回 -1。如果被信号中断，`pause`将`errno`设置为`EINTR`。 要使用`pause`等待特定信号，必须确定哪个信号导致`pause`返回。由于此信息不可直接获取，信号处理程序必须设置一个标志，供程序在`pause`返回后检查。 以下是使用`pause`等待信号的代码示例及问题分析： ```c static volatile sig_atomic_t sigreceived = 0; while(sigreceived == 0) pause(); ``` 如果在测试`sigreceived`和调用`pause`之间传递了信号，先前传递的信号不会影响`pause`，`pause`不会返回，直到另一个信号或同一信号的另一次出现被传递给进程。 ```c static volatile sig_atomic_t sigreceived = 0; int signum; sigset_t sigset; sigemptyset(&sigset); sigaddset(&sigset, signum); sigprocmask(SIG_BLOCK, &sigset, NULL); while(sigreceived == 0) pause(); ``` 此代码段在信号被阻塞时执行`pause`，导致程序永远不会收到信号，`pause`也不会返回。如果在执行`pause`之前解除信号阻塞，可能会在解除阻塞和执行`pause`之间收到信号。 ##### 2.2 sigsuspend函数 `pause`之前信号传递的问题是原始UNIX信号的主要问题之一，而`sigsuspend`函数提供了解决此问题的方法。它将信号掩码设置为`sigmask`指向的掩码，并挂起进程，直到进程捕获到信号。当捕获信号的处理程序返回时，`sigsuspend`返回。 ```c #include <signal.h> int sigsuspend(const sigset_t *sigmask); ``` `sigsuspend`总是返回 -1 并设置`errno`。如果被信号中断，`sigsuspend`将`errno`设置为`EINTR`。 以下是使用`sigsuspend`等待信号的代码示例及问题分析： ```c sigfillset(&sigmost); sigdelset(&sigmost, signum); sigsuspend(&sigmost); ``` 此代码段存在与使用`pause`相同的问题。如果在代码段开始之前传递了信号，进程仍会挂起自身，如果没有生成另一个`signum`信号，将导致死锁。 正确等待单个信号的代码示例： ```c static volatile sig_atomic_t sigreceived = 0; sigset_t maskall, maskmost, maskold; int signum = SIGUSR1; sigfillset(&maskall); sigfillset(&maskmost); sigdelset(&maskmost, signum); sigprocmask(SIG_SETMASK, &maskall, &maskold); if (sigreceived == 0) sigsuspend(&maskmost); sigprocmask(S ```