linux系統編程之訊號（四）：訊號的捕捉與sigaction函數

一、核心如何?訊號的捕捉

如果訊號的處理動作是使用者自訂函數，在訊號遞達時就調用這個函數，這稱為捕捉訊號。由於訊號處理函數的代碼是在使用者空間的，處理過程比較複雜，舉例如下：
1. 使用者程式註冊了SIGQUIT訊號的處理函數sighandler。
2. 當前正在執行main函數，這時發生中斷或異常切換到核心態。
3. 在中斷處理完畢後要返回使用者態的main函數之前檢查到有訊號SIGQUIT遞達。
4. 核心決定返回使用者態後不是恢複main函數的上下文繼續執行，而是執行sighandler函數，sighandler和main函數使用不同的堆棧空間，它們之間不存在調用和被調用的關係，是兩個獨立的控制流程程。
5. sighandler函數返回後自動執行特殊的系統調用sigreturn再次進入核心態。
6. 如果沒有新的訊號要遞達，這次再返回使用者態就是恢複main函數的上下文繼續執行了。

出自ULK。

二、sigaction函數

#include <signal.h>

int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);

sigaction函數可以讀取和修改與指定訊號相關聯的處理動作。調用成功則返回0，出錯則返回-1。signo是指定訊號的編號。若act指標非空，則根據act修改該訊號的處理動作。若oact指標非空，則通過oact傳出該訊號原來的處理動作。act和oact指向sigaction結構體：  struct sigaction {
               void     (*sa_handler)(int);
               void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
               sigset_t   sa_mask;
               int        sa_flags;
               void     (*sa_restorer)(void);
           };

將sa_handler賦值為常數SIG_IGN傳給sigaction表示忽略訊號，賦值為常數SIG_DFL表示執行系統預設動作，賦值為一個函數指標表示用自訂函數捕捉訊號，或者說向核心註冊了一個訊號處理函數，該函數傳回值為void，可以帶一個int參數，通過參數可以得知當前訊號的編號，這樣就可以用同一個函數處理多種訊號。顯然，這也是一個回呼函數，不是被main函數調用，而是被系統所調用。
當某個訊號的處理函數被調用時，核心自動將當前訊號加入進程的訊號屏蔽字，當訊號處理函數返回時自動回復原來的訊號屏蔽字，這樣就保證了在處理某個訊號時，如果這種訊號再次產生，那麼它會被阻塞到當前處理結束為止。如果在調用訊號處理函數時，除了當前訊號被自動屏蔽之外，還希望自動屏蔽另外一些訊號，則用sa_mask欄位說明這些需要額外屏蔽的訊號，當訊號處理函數返回時自動回復原來的訊號屏蔽字。

需要注意的是sa_restorer 參數已經廢棄不用，sa_handler主要用於不可靠訊號（即時訊號當然也可以，只是不能帶資訊），sa_sigaction用於即時訊號可以帶資訊(siginfo_t)，兩者不能同時出現。sa_flags有幾個選項，比較重要的有兩個：SA_NODEFER 和 SA_SIGINFO，當SA_NODEFER設定時在訊號處理函數執行期間不會屏蔽當前訊號；當SA_SIGINFO設定時與sa_sigaction
搭配出現，sa_sigaction函數的第一個參數與sa_handler一樣表示當前訊號的編號，第二個參數是一個siginfo_t 結構體，第三個參數一般不用。當使用sa_handler時sa_flags設定為0即可。

 siginfo_t {
               int      si_signo;    /* Signal number */
               int      si_errno;    /* An errno value */
               int      si_code;     /* Signal code */
               int      si_trapno;   /* Trap number that caused
                                        hardware-generated signal
                                        (unused on most architectures) */
               pid_t    si_pid;      /* Sending process ID */
               uid_t    si_uid;      /* Real user ID of sending process */
               int      si_status;   /* Exit value or signal */
               clock_t  si_utime;    /* User time consumed */
               clock_t  si_stime;    /* System time consumed */
               sigval_t si_value;    /* Signal value */
               int      si_int;      /* POSIX.1b signal */
               void    *si_ptr;      /* POSIX.1b signal */
               int      si_overrun;  /* Timer overrun count; POSIX.1b timers */
               int      si_timerid;  /* Timer ID; POSIX.1b timers */
               void    *si_addr;     /* Memory location which caused fault */
               long     si_band;     /* Band event (was int in
                                        glibc 2.3.2 and earlier) */
               int      si_fd;       /* File descriptor */
               short    si_addr_lsb; /* Least significant bit of address
                                        (since kernel 2.6.32) */
           }

需要注意的是並不是所有成員都在所有訊號中存在定義，有些成員是共用體，讀取的時候需要讀取對某個訊號來說恰當的有定義的部分。

下面用sigaction函數舉個小例子：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: process_.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) void handler(int sig); int main(int argc, char *argv[]) {     struct sigaction act;     act.sa_handler = handler;     sigemptyset(&act.sa_mask);     act.sa_flags = 0;     if (sigaction(SIGINT, &act, NULL) < 0)         ERR_EXIT("sigaction error");     for (; ;)         pause();     return 0; } void handler(int sig) {     printf("rev sig=%d\n", sig); }

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/signal$ ./sigaction 
^Crev sig=2
^Crev sig=2
^Crev sig=2

...........................

即按下ctrl+c 會一直產生訊號而被處理列印recv語句。

其實我們在前面文章說過的signal 函數是調用sigaction 實現的，而sigaction函數底層是調用 do_sigaction() 函數實現的。可以自己實現一個my_signal 函數，如下：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: process_.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) void handler(int sig); /* 系統調用signal()實際上調用了sigaction() */ __sighandler_t my_signal(int sig, __sighandler_t handler); int main(int argc, char *argv[]) {     my_signal(SIGINT, handler);     for (; ;)         pause();     return 0; } __sighandler_t my_signal(int sig, __sighandler_t handler) {     struct sigaction act;     struct sigaction oldact;     act.sa_handler = handler;     sigemptyset(&act.sa_mask);     act.sa_flags = 0;     if (sigaction(sig, &act, &oldact) < 0)         return SIG_ERR;     return oldact.sa_handler; // 返回先前的處理函數指標 } void handler(int sig) {     printf("rev sig=%d\n", sig); }

輸出測試的一樣的，需要注意的是 signal函數成功返回先前的handler，失敗返回SIG_ERR。而sigaction 是通過oact 參數返回先前的handler，成功返回0，失敗返回-1。

下面再舉個小例子說明sa_mask 的作用：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: process_.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) void handler(int sig); int main(int argc, char *argv[]) {     struct sigaction act;     act.sa_handler = handler;     sigemptyset(&act.sa_mask);     sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT); // 在訊號處理函數執行期間屏蔽SIGQUIT訊號，完畢後會抵達     /* 注意sigprocmask中屏蔽的訊號是一直不能抵達的，除非解除了阻塞*/     act.sa_flags = 0;     if (sigaction(SIGINT, &act, NULL) < 0)         ERR_EXIT("sigaction error");     for (; ;)         pause();     return 0; } void handler(int sig) {     printf("rev sig=%d\n", sig);     sleep(5); }

先按下ctrl+c ，然後馬上ctrl+\，程式是不會馬上終止的，即等到handler處理完畢SIGQUIT訊號才會抵達。

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/signal$ ./sa_mask 
^Crev sig=2
^\

5s過後接著才輸出Quit (core dumped)，即在訊號處理函數執行期間sa_mask集合中的訊號被阻塞直到運行完畢。

sa_flags 和 sa_sigaction 參數的樣本看這裡。

參考：《APUE》、《linux c 編程一站式學習》