信号 Signals

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2023-12-01

signal是指示发生事件的过程的通知。信号也称为software interrupt ，无法预测它的发生，因此它也称为asynchronous event 。

信号可以用数字或名称指定，通常信号名称以SIG开头。可以使用命令kill -l（列表信号名称为l）检查可用信号，如下所示 -

无论何时发出信号（以编程方式或系统生成的信号），都会执行默认操作。如果您不想执行默认操作但希望在接收信号时执行自己的操作，该怎么办？这对所有信号都有可能吗？是的，可以处理信号，但不能处理所有信号。如果你想忽略信号怎么办？这可能吗？是的，可以忽略信号。忽略信号意味着既不执行默认操作也不处理信号。可以忽略或处理几乎所有信号。无法忽略或处理/捕获的信号是SIGSTOP和SIGKILL。

总之，对信号执行的操作如下 -

默认操作
处理信号
忽略信号

如上所述，可以处理信号来改变默认动作的执行。信号处理可以通过两种方式中的任何一种来完成，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（）将在生成信号时调用注册的处理程序，如signum中所述。处理程序可以是SIG_IGN（忽略信号），SIG_DFL（设置信号返回默认机制）或用户定义的信号处理程序或函数地址之一。

此系统调用成功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。

尽管使用signal（）可以调用由用户注册的相应信号处理程序，但是诸如屏蔽应该被阻止的信号，修改信号的行为以及其他功能的微调是不可能的。这可以使用sigaction（）系统调用。

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

该系统调用用于检查或改变信号动作。如果该行为不为null，则从该行为安装信号signum的新操作。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 -

Field 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的处理程序指定要根据signum执行的操作，并使用指示默认操作的SIG_DFL或SIG_IGN来忽略信号处理函数的信号或指针。

sa_sigaction的处理程序将信号编号指定为第一个参数，指向siginfo_t结构的指针作为第二个参数，指向用户上下文的指针（检查getcontext（）或setcontext（）以获取更多详细信息）作为第三个参数。

结构siginfo_t包含信号信息，例如要传递的信号编号，信号值，进程ID，发送进程的真实用户ID等。

Field 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阻止的信号掩码。

Field 3 - 特殊标志。

int sa_flags;

该字段指定一组标志，用于修改信号的行为。

Field 4 - 恢复处理程序。

void (*sa_restorer) (void);

此系统调用在成功时返回0，在失败时返回-1。

让我们考虑一些示例程序。

首先，让我们从一个生成异常的示例程序开始。在这个程序中，我们试图执行除零操作，这使得系统生成异常。

/* 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 (Compilation and Execution Steps)

Floating point exception (core dumped)

因此，当我们尝试执行算术运算时，系统已生成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（）系统调用修改代码来处理这个特定的信号。

/* 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 (Compilation and Execution Steps)

Received SIGFPE, Divide by Zero Exception

如所讨论的，信号由系统生成（在执行诸如除零等特定操作时）或者用户也可以以编程方式生成信号。如果要以编程方式生成信号，请使用库函数raise（）。

现在，让我们采取另一个程序来演示处理和忽略信号。

假设我们使用raise（）引发了一个信号，那么会发生什么？在发出信号之后，停止执行当前过程。然后停止的过程会发生什么？可以有两种情况 - 首先，在需要时继续执行。其次，终止（使用kill命令）进程。

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（foreground）或bg（background）命令以继续执行。这里，命令只会重新开始执行最后一个进程。如果停止多个进程，则仅恢复最后一个进程。如果要恢复先前停止的进程，则恢复作业（使用fg/bg）以及作业号。

以下程序用于使用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。发出此信号后，程序将停止执行。发送信号（SIGCONT）以继续执行。

在以下示例中，我们使用命令fg恢复已停止的进程。

/* 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 (Compilation and Execution Steps)

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

现在，通过从另一个终端发出SIGCONT来增强以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 Another Terminal 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 (Compilation and Execution Steps)

Testing SIGSTOP
Open Another Terminal 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，让我们看一下通过程序生成的信号（使用raise（）函数或通过kill命令）。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，因此它将进入已定义的处理程序。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 (Compilation and Execution Steps)

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，是时候忽略这个信号了。这里，在这个示例程序中，我们通过SIG_IGN注册信号SIGTSTP以忽略，然后我们正在提升信号SIGTSTP（终止站）。当生成信号SIGTSTP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 (Compilation and Execution Steps)

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器来处理多个信号吗？答案是肯定的。让我们用一个程序来考虑这一点。

以下程序执行以下操作 -

Step 1 - 注册处理程序（handleSignals）以捕获或处理信号SIGINT（CTRL + C）或SIGQUIT（CTRL + \）

Step 2 - 如果用户生成信号SIGQUIT（通过kill命令或带CTRL +的键盘控制），处理程序只是将消息打印为return。

Step 3 - 如果用户第一次生成信号SIGINT（通过kill命令或使用CTRL + C的键盘控制），则它会修改信号以从下次执行默认操作（使用SIG_DFL）。

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

/* 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 (Compilation and Execution Steps)

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

To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 71 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 71 or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C

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sigaction（）系统调用的时候了。让我们修改上面的程序，使用sigaction（）执行如下 -

/* 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过程。在执行过程中，让我们看两次问题CTRL + C，剩下的检查/方式（如上所述）你也可以尝试这个程序。

编译和执行步骤 (Compilation and Execution Steps)

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