【Linux信号专题】四、信号的捕捉

信号捕捉主要是为了防止进程意外结束，并得到异常信息，捕捉信号后可以执行我们想要的动作。

1. 信号捕捉函数

1.1 signal函数

• 包含头文件及函数原型

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

• 函数功能
  The behavior of signal() varies across Unix versions, and has also varied historically across different versions of Linux. Avoid its use: use sigaction(2) instead. See Portability below. 注册一个信号捕捉函数，该函数由ANSI定义，由于历史原因在不同版本的Unix和不同版本的Linux中可能有不同的行为。因此应该尽量避免使用它，取而代之使用sigaction函数。
  
• 函数参数

• signum：要捕捉的信号编号。
• handler：捕捉函数，它是一个回调函数，当产生信号signum的时候，执行信号处理函数handler。

• 函数返回值
  signal() returns the previous value of the signal handler, or SIG_ERR on error.
  

1.2 sigaction函数

• 包含头文件及函数原型

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

• 函数功能
  The sigaction() system call is used to change the action taken by a process on receipt of a specific signal. (See signal(7) for an overview of signals.) 注册捕捉函数，所谓的捕捉信号就是指，信号发生时执行什么动作。
  
• 函数参数

• signum：要捕捉的信号编号。
  
• act：传入参数（const修饰，不可修改），新的处理方式。
  
• oldact：传出参数，旧的处理方式。（用于恢复原始动作）

• struct sigaction 结构体

struct sigaction 
{
  void     (*sa_handler)(int);
  void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
  sigset_t   sa_mask;
  int        sa_flags;
  void     (*sa_restorer)(void);
};

• 结构体解析

• 函数返回值
  sigaction() returns 0 on success and -1 on error.
  

使用示例： 使用sigaction捕获信号

/************************************************************
  >File Name  : sigaction_test.c
  >Author     : Mindtechnist
  >Company    : Mindtechnist
  >Create Time: 2022年05月23日 星期一 14时20分42秒
************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>
void m_catch(int signalno)
{
    printf("catch signal: %d\n", signalno);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    /*注册信号捕捉函数*/
    struct sigaction mact;
    mact.sa_flags = 0;
    mact.sa_handler = m_catch;
    sigemptyset(&mact.sa_mask);
    sigaction(SIGALRM, &mact, NULL);
    /*设置周期性定时器*/
    struct itimerval mit = {{2, 0}, {3, 0}};
    setitimer(ITIMER_REAL, &mit, NULL);
    while(1)
    {
        printf("pid: %d\n", getpid());
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

2. 信号捕捉的特性和处理

2.1 信号捕捉过程中有什么特性

在信号捕捉的时候，有如下几个特性

• 进程正常运行时，默认PCB中有一个信号屏蔽字假设为M，它决定了进程自动屏蔽哪些信号。当注册了某个信号捕捉函数，在捕捉到该信号以后，就要调用该信号捕捉函数，而该函数有可能执行很长时间，在这期间所要屏蔽的信号不由M来指定，而是用sa_mask（临时屏蔽信号集）来指定，等到调用完信号处理函数，再把信号屏蔽字恢复为M。
  
• 某个信号sig捕捉函数执行期间，sig信号自动被屏蔽。
  
• 阻塞的常规信号不支持排队，如果产生多次，只记录一次。实际上是这样的，未决信号集中使用某一位的0和1来记录信号是否被处理的，所以不管这个信号被发送了几次，未决信号集对应位也只能有一个1，后续也只能处理一次，它不会记录信号屏蔽期间总共发送了几次该信号，解除屏蔽后只会处理一次。后32个实时信号支持排队。
  

示例分析：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void m_catch(int signo)
{
    printf("m_catch begin... sig: %d\n", signo);
    sleep(7);
    printf("m_catch end...\n");
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    struct sigaction mact;
    mact.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&mact.sa_mask);
    sigaddset(&mact.sa_mask, SIGQUIT); /*设置一个临时屏蔽信号
    在调用m_catch的时候，该信号会被屏蔽，m_catch执行完就会恢复原来的屏蔽信号，该信号解除屏蔽*/
    mact.sa_handler = m_catch;
    sigaction(SIGINT, &mact, NULL);
    while(1)
    {
        printf("pid: %d\n", getpid());
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

编译运行可以看到，虽然按了多次ctrl+c，发送了多个信号，但是信号处理函数执行了一次，也就说明阻塞的常规信号不支持排队，如果产生多次，只记录一次，且只处理一次。

如果我们在进入m_catch函数后按ctrl+\，程序不会退出，因为在m_catch函数内临时屏蔽了信号SIGQUIT，当执行m_catch函数后，才会处理SIGQUIT信号。可以看到下面的测试结果，在m_catch begin…打印后，也就是函数m_catch执行的时候按ctrl+\并不会退出程序，而m_catch end…打印后，也就是m_catch函数结束后，临时信号屏蔽字失效，恢复原来的信号屏蔽字，内核处理SIGQUIT，程序退出。

2.2 内核是如何捕捉信号的

我们拿上面的程序为例，程序正常执行的时候，应该是一直在循环体内打印一句话，直到有信号产生

while(1)
{
  printf("pid: %d\n", getpid());
  sleep(1);
}

当产生信号的时候，会进入内核态，此时内核会执行信号处理函数，如果有用户自定义信号处理函数会再次返回用户态去执行该函数。执行完信号处理函数后通过系统调用sigreturn再次陷入内核，然后返回用户态从被中断的地方继续执行主控制逻辑。如果上面的程序不是printf打印，而是read读，因为read会阻塞，处理完信号后，只有从下一次while循环的时候才能正常读数据。

整体流程如下图所示