sigaction() -- 信号处理

beyes

sigaction() 函数可以用来检查或设置进程在接收到信号时的动作。它是 signal()调用的替代函数，比 signal() 更为健壮。原型为：

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

sigaction() 可以根据参数 signum 指定的信号编号来设置该信号的处理函数。参数 signum 可以是 SIGKILL 和 SIGSTOP 以外的任何信号。
act 参数如果不是空指针，则为 signum 设置新的信号处理函数；如果 oldact 不是空指针，则旧的信号处理函数将被存储在 oldact 中。

struct sigaction 结构体定义如下：

struct sigaction {
            void (*sa_handler) (int);
            void (*sa_sigaction)(int, siginof_t *, void *);
            int sa_flags;
            void (*sa_restorer) (void);
}

sa_hanlder 和 sa_sigaction 在某些体系结构上被定义为共用体，即这两个值在某一时刻只有一个有效。

sa_restorer 已经作废！

sa_handler 可以是常数 SIG_DEF 或 SIG_IGN，或者是一个信号处理函数的函数名。

sa_sigaction 也是用来指定信号 signum 的处理函数，它有三个参数，第一个是信号编号；第二个是一个指向 siginfo_t 结构的指针；第三个是一个指向任何类型的指针，一般不使用。

sa_mask 声明了一个信号集，在调用信号捕捉函数之前，该信号集会增加到进程的信号屏蔽码中，新的信号屏蔽码会自动包括正在处理的信号( sa_flags 未指定 SA_NODEFER 或 SA_NOMASK )。当信号捕捉函数返回时，进程的信号屏蔽码会恢复回原来的值。因此，当处理一个给定的信号时，如果这种信号再次发生，那么它会被阻塞，直到本次信号处理结束为止。若这种信号发生了多次，则对于不可靠信号，它只会被阻塞一次，即本次信号处理结束后只会再处理一次( 相当于丢失了信号 )；对于可靠信号( 实时信号 )，则会被阻塞多次，即信号不丢失，信号发生了多少次就会调用信号处理函数多少次。

sa_flags 成员用来说明信号处理的一些其他相关操作，它可以取以下值或它们的组合( 用 | 运算符 )：
SA_NOCLDSTOP : 如果参数 signum 为 SIGCHLD ，则当子进程暂停时，并不会通知父进程。
SA_ONESHOT 或 SA_RESETHAND : 在调用新的信号处理函数前，将此信号的处理方式改为系统默认的方式。
SA_ONSTACK : 以预先定义好的堆栈调用信号处理函数。
SA_RESTART : 被信号中断的系统调用，在信号处理函数执行完毕后会自动重新开始执行( BSD 操作系统默认使用该值 )。
SA_NOMASK 或 SA_NODEFER : 在信号处理函数前允许此信号再次递送，相当于中断嵌套。
SA_SIGINFO : 如果设置了该标志，则信号处理函数由三参数的 sa_sigaction() 指定，而不是 sa_handler() 指定。

当使用三参数的 sa_sigaction() 来指定信号处理函数时，它的第二个参数可以用来传递数据，其定义如下：

siginfo_t {
      int      si_signo;    /* Signal number ，信号编号*/
      int      si_errno;    /* An errno value ，错误码*/
      int      si_code;     /* Signal code ，信号产生的原因*/
      int      si_trapno;   /* Trap number that caused ，引起硬件产生信号的陷阱号(在大部分的系统中不用)
hardware-generated signal
(unused on most architectures) */
      pid_t    si_pid;      /* Sending process ID ，发送信号的进程 ID*/
      uid_t    si_uid;      /* Real user ID of sending process ，发送信号进程真实用户 ID*/
      int      si_status;   /* Exit value or signal ，状态编号*/
      clock_t  si_utime;    /* User time consumed ，耗费的用户空间的时间*/
      clock_t  si_stime;    /* System time consumed ，耗费的系统内核的时间*/
      sigval_t si_value;    /* Signal value ，信号值*/
      int      si_int;      /* POSIX.1b signal ，用于传递数据*/
      void    *si_ptr;      /* POSIX.1b signal ，用户传递数据*/
      int      si_overrun;  /* Timer overrun count; POSIX.1b timers ，超时计数*/
      int      si_timerid;  /* Timer ID; POSIX.1b timers ，时间 ID*/
      void    *si_addr;     /* Memory location which caused fault ，产生内存访问错误的内存地址*/
      int      si_band;     /* Band event ，band 事件*/
      int      si_fd;       /* File descriptor 文件描述符*/
  }

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

int temp = 0;
struct sigaction act;

/*信号处理函数*/
void handler_sigint(int signo)
{
     printf("recv SIGINT\\n");

     sleep(5);
     temp += 1;
     printf("the value of temp is: %d\\n", temp);
     sleep(5);

     temp = temp + 2 ;
     printf("再加一次temp :%d\\n",temp);
     printf("in handler_sigint, after sleep\\n");

}

int main()
{
//    struct sigaction act;
     act.sa_handler = handler_sigint;
     act.sa_flags = SA_NOMASK;

     /*安装信号处理函数*/
     sigaction(SIGINT, &act, NULL);

     while(1)
     ;

     return 0;
}

程序执行与输出：

beyes@linux-beyes:~/C/base>beyes@linux-beyes:~/C/base> ./sigaction.exe
^Crecv SIGINT
^Crecv SIGINT
the value of temp is: 1
再加一次temp :3
in handler_sigint, after sleep
the value of temp is: 4
再加一次temp :6
in handler_sigint, after sleep
^\\退出

说明：
act 结构体定义在 main() 中或者定义为全局变量都可以。
指定了 SA_NOMASK ， 意思就是在处理此信号结束前允许此信号再次递送，相当于中断嵌套。
所以，由以上输出可以看到，在第一次输入 ctrl+c 组合键发送 SIGINT 信号，程序打印输出 recv SIGINT ，表明信号处理程序处理了信号 SIGINT，然后睡眠 5秒。接着，在此睡眠期间，又快速的键入 ctrl+c 组合键一次，由于程序中设定了 sa_flags的值为 SA_NOMASK，因此程序又一次响应 SIGINT信号 ，程序从 sleep()处嵌套调用信号处理函数 handler_sigint，再一次打印出 recv SIGINT ，并睡眠 5秒。
在程序中，   
printf("the value of temp is: %d\\n", temp);
     sleep(5);
这两条语句的用意是测试一下程序进入中断嵌套后的切换情况。在第一次输出：the value of temp is: 1时，还无法确定程序是在嵌套层还是在首层中。做一下试验，如果我们第二次按下 ctrl+c 是在第一次按下后的2秒进行。那么当在第二次按下组合键时，在发生中断嵌套并输出处理信息程序recv SIGINT 后进入睡眠 5 秒。在嵌套层睡眠期间，首层程序的会存在两种情况：要么醒来，要么根本没有被系统调度而仍然处于挂起状态--也就是 sleep()的时间也不再计时，而是停止了。假设其已经醒来并且系统已经切换到这层去执行，那么 temp值加 1后继续睡眠 5秒。这时，已经轮到嵌套层醒来，temp值会再 +1变成 2后输出。但是，从输出结果来看，输出结果显然和推测的相悖！
所以，可以推断，在嵌套层睡眠时，首层信号处理函数被挂起了，直到嵌套层执行完毕后，再会返回到首层中去，执行信号处理任务完毕后再返回主函数！
这一点，也可以在程序的输出时间间隔中感觉得到。

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现在把原程序中的 act.sa_flags = SA_NOMASK 这一行注释掉，再适当修改一下程序，然后重新编译并执行( 执行时，快速按下 ctrl + c 组合键 3 次或 3 次以上)。修改后的程序如下：

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

int temp = 0;
struct sigaction act;

/*信号处理函数*/
void handler_sigint(int signo)
{
     printf("recv SIGINT\\n");

     sleep(5);
     temp += 1;
     printf("the value of temp is: %d\\n", temp);
     printf("in handler_sigint, after sleep\\n");

}

int main()
{
//    struct sigaction act;
     act.sa_handler = handler_sigint;
//    act.sa_flags = SA_NOMASK;

     /*安装信号处理函数*/
     sigaction(SIGINT, &act, NULL);

     while(1)
     ;

     return 0;
}

执行时，连续按下 ctrl +c 6 次：

beyes@linux-beyes:~/C/base> ./sigaction.exe
^Crecv SIGINT
^C^C^C^C^Cthe value of temp is: 1
in handler_sigint, after sleep
recv SIGINT
the value of temp is: 2
in handler_sigint, after sleep
^\\退出

由输出可见，发送了这么多次的信号，程序只处理了 2 次！
这是因为，在去掉了 SA_NOMASK 后，sigaction() 按照默认的阻塞方式来处理信号。由于 SIGINT 是不可靠信号，不可靠信号不支持排队。对于这种信号的多次发生，它也只会被阻塞一次，即本次信号处理结束后只会再处理一次( 相当于丢失了信号 )，从输出的结果来看，4 个信号确实被丢失掉了。！

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从上面程序可以看到，temp 的值随着信号处理函数的调用次数的增加而递增。但是在实际应用中，信号总是随机发生的，这样 temp 的值也会随机变化。如果 main 函数或者其他地方还用到了这个全局变量，则程序产生不可预料的结果。我们称这种数据会被破坏的函数为不可重入函数。编写程序信号处理程序时，要注意不要使用不可重入函数。一般说来，满足下列条件之一的函数是不可重入的。
( 1 )使用了静态的数据结构，如 getgrpid()，全局变量等。
( 2 )函数实现时，调用了 malloc() 或者 free() 函数
( 3 )函数实现时，使用了标准 I/O 函数。