Unix信号机制的简单介绍

这篇博客简单介绍了Unix系统中的信号(signal)

基本概念

信号是一种软中断，它提供了异步响应和处理事件的机制。比如用户在终端上按下
Ctrl-C终止程序运行，此时运行的程序就会收到对应的信号，然后终止程序运行。

简单例子

#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void
sig_int(int signo)
{
    printf("\nreceive interrupt signal.\n");
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
    printf("simple signal example start...\n");
    if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR)
    {
        perror("fatil to install signal handler:");
        return 1;
    }
    pause();
    printf("simple signal example stop...\n");
    return 0;
}

运行程序，然后按Ctr-c键会得到如下结果：

[song@miPad unix]$ gcc t.c
[song@miPad unix]$ ./a.out 
simple signal example start...
^C
receive interrupt signal.
simple signal example stop...

一般情况下，按下Ctrl-C后程序直接退出，这个简单的例子里我们捕获了终止信号，进行
了自己的处理：打印出一段信息，然后main函数运行完毕。事实上，我们完全可以进行自由
地进行其他处理，比如不退出运行，虽然这不符合该信号的常规定义。

下面我们从这个简单的例子出发，详细分析

信号名称
每一个信号都有一个名称，以SIG开头，定义在signal.h头文件中。这个例子中的信号
名称是SIGINT，在终端里输入Ctr-C时产生，发送给在当前终端前台正在运行的进程，用
于终止该进程
对信号的处理
当信号发生时，我们有3中选择
2.1 忽略这个信号，什么也不做，当然有两个信号（SIGKILL SIGSTOP）是不能忽略的
2.2 捕获这个信号，然后自定义处理该信号（本例子的情况）
2.3 按照默认处理方式处理，每个信号都会有默认的处理的行为，大多数的默认处理是终止
当前程序
设置自定义处理函数signal
当我们需要捕获信号，设置自定义处理函数时，需要调用signal函数
pause函数
pause函数会一直阻塞当前进程（类似sleep），直到有信号产生。

可中段的系统调用

根据是否会被信号中断，系统调用分为两类：“慢”系统调用和其他。“慢”系统是一类可能
永远阻塞调用者的系统调用。

如果线程捕获了一个信号，但线程被阻塞在一个“慢”系统调用（例如从网络中读取一些数据）
，此时系统调用会被中断，返回错误且errno被设置为EINTR。

这样设计的原因是我们认为当一个信号被捕获到时，说明发生了重要的事件，应当唤醒线程
来处理事件。

这样的设计也带来了一些问题，因为某些读取调用属于可中断的系统调用，每次返回时，
程序都要判断是否是因为捕获信号导致的失败，如果是，需要进行重试。这样一来编码
非常繁琐，因此有些系统对一些“慢”系统调用支持自动重试。

信号处理函数的安全性

信号处理函数的安全性问题产生的原因在于，信号可能随时被捕获，信号被捕获时，线程
可能处于任何状态，因此，在信号处理函数中，调用某些函数，可能导致不可预测的危险
行为。
比如，当信号被捕获时，线程正在调用printf，如果信号处理函数中也调用printf函数
可能会导致不可预测的风险。
风险的原因和printf函数的实现密切相关。因为printf函数包含了一个缓冲区，缓冲区
里包含了很多状态变量，当正在调用printf被中断时，缓冲区中的很多变量处于中间状态
如果在信号处理函数中在调用printf的话，就会导致不可预测的危险。

确保信号处理函数安全性的做法是在信号处理函数内部，只能调用可重入的函数(reentrant
function)。