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使用pthread庫進行多執行緒程式設計1 - UNIX環境高階程式設計第11章讀書筆記
使用pthread庫進行多執行緒程式設計2 - UNIX高階環境程式設計第12章讀書筆記

10 Signals

1 Introduction & Concepts

Signals是一種軟體中斷，通知程式某種事件的發生。常見的Signal有SIGABRT（當程式呼叫abort函式的時候自動傳送）, SIGALRM（當timer被觸發的時候自動傳送），等等。

下面的情況可以產生Signal：

1.     按下CTRL+C產生SIGINT

2.     硬體中斷，如除0，非法記憶體訪問（SIGSEV）等等

3.     Kill函式可以對程式傳送Signal

4.     Kill命令。實際上是對Kill函式的一個包裝

5.     軟體中斷。如當Alarm Clock超時（SIGURG），當Reader中止之後又向管道寫資料（SIGPIPE），等等

當Signal發生的時候，可以有三種選擇（稱之為Disposition of the signal或者Action associated with a signal）

1.     忽略Signal。大部分Signal都可以Ignore，除了SIGKILL和SIGSTOP，這是為了提供一個確定的方法來Stop或者Kill一個Process。此外，如果我們忽略部分硬體異常產生的Signal，程式的行為未定義。

2.     捕捉Signal。可以讓核心來呼叫我們所指定的函式。SIGKILL和SIGSTOP無法捕捉。

3.     執行預設行為。如果不做任何處理，則執行預設動作。大部分Signal的預設行為都是中止程式。

部分Signal的預設行為不僅中止程式，同時還會產生core dump，也就是生成一個名為core的檔案，其中儲存了退出時程式記憶體的映象，可以用來除錯。在下面情況，不會生成core檔案：

1.     當前程式不屬於當前user

2.     當前程式不屬於當前group

3.     使用者在當前目錄下無寫許可權

4.     Core檔案已存在，使用者無寫許可權

5.     檔案過大，超過RLIMIT_CORE

2 Signals

 

Signal	Description
SIGABRT	由呼叫abort函式產生，程式非正常退出
SIGALRM	用alarm函式設定的timer超時或setitimer函式設定的interval timer超時
SIGBUS	某種特定的硬體異常，通常由記憶體訪問引起
SIGCANCEL	由Solaris Thread Library內部使用，通常不會使用
SIGCHLD	程式Terminate或Stop的時候，SIGCHLD會傳送給它的父程式。預設情況下該Signal會被忽略
SIGCONT	當被stop的程式恢復執行的時候，自動傳送
SIGEMT	和實現相關的硬體異常
SIGFPE	數學相關的異常，如被0除，浮點溢位，等等
SIGFREEZE	Solaris專用，Hiberate或者Suspended時候傳送
SIGHUP	傳送給具有Terminal的Controlling Process，當terminal被disconnect時候傳送
SIGILL	非法指令異常
SIGINFO	BSD signal。由Status Key產生，通常是CTRL+T。傳送給所有Foreground Group的程式
SIGINT	由Interrupt Key產生，通常是CTRL+C或者DELETE。傳送給所有ForeGround Group的程式
SIGIO	非同步IO事件
SIGIOT	實現相關的硬體異常，一般對應SIGABRT
SIGKILL	無法處理和忽略。中止某個程式
SIGLWP	由Solaris Thread Libray內部使用
SIGPIPE	在reader中止之後寫Pipe的時候傳送
SIGPOLL	當某個事件傳送給Pollable Device的時候傳送
SIGPROF	Setitimer指定的Profiling Interval Timer所產生
SIGPWR	和系統相關。和UPS相關。
SIGQUIT	輸入Quit Key的時候（CTRL+/）傳送給所有Foreground Group的程式
SIGSEGV	非法記憶體訪問
SIGSTKFLT	Linux專用，數學協處理器的棧異常
SIGSTOP	中止程式。無法處理和忽略。
SIGSYS	非法系統呼叫
SIGTERM	請求中止程式，kill命令預設傳送
SIGTHAW	Solaris專用，從Suspend恢復時候傳送
SIGTRAP	實現相關的硬體異常。一般是除錯異常
SIGTSTP	Suspend Key，一般是Ctrl+Z。傳送給所有Foreground Group的程式
SIGTTIN	當Background Group的程式嘗試讀取Terminal的時候傳送
SIGTTOU	當Background Group的程式嘗試寫Terminal的時候傳送
SIGURG	當out-of-band data接收的時候可能傳送
SIGUSR1	使用者自定義signal 1
SIGUSR2	使用者自定義signal 2
SIGVTALRM	setitimer函式設定的Virtual Interval Timer超時的時候
SIGWAITING	Solaris Thread Library內部實現專用
SIGWINCH	當Terminal的視窗大小改變的時候，傳送給Foreground Group的所有程式
SIGXCPU	當CPU時間限制超時的時候
SIGXFSZ	程式超過檔案大小限制
SIGXRES	Solaris專用，程式超過資源限制的時候傳送

 

3 Signal Function

 

#include <signal.h>   Void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int);   返回之前的signal處理函式，錯誤返回SIG_ERR

 

1.     Signo：signal的名稱

2.     Func：函式地址，或者是SIG_IGN（忽略Signal）或SIG_DFL（預設行為）。原型為：void (*)(int)。不過很多UNIX的實現也會傳入一些和實現相關的引數

如果用exec建立子程式，那麼子程式的所有Signal狀態是預設或者忽略：

1.     如果父程式忽略了某個Signal，那麼父程式用exec建立子程式時子程式的這個Signal的狀態也是忽略

2.     如果在父程式的某個Signal註冊了Signal處理函式的話，那麼這個子程式的該Signal的狀態會恢復成預設狀態，因為註冊的函式地址肯定在另外一個程式中無法呼叫。

如果用fork建立子程式，那麼子程式會繼承所有父程式的Signal狀態。

4 Unreliable Signals

早期的UNIX系統的Signal是不穩定的：

1.     Signal可能會Lost

2.     在signal處理函式中，需要重複註冊signal，否則下次收不到signal

3.     不支援pending signal

5 Interrupted System Calls

1.     早期UNIX中，一個程式在呼叫系統呼叫被阻賽的時候， 有可能被一個Signal中斷。此時系統呼叫返回錯誤並且errno被設定為EINTR。

2.     系統呼叫也被分為兩類：slow和一般。slow系統呼叫是那些可能永遠block的系統呼叫（disk IO是例外，一般情況下只會暫時Block，但也歸入Slow一類）

3.     為了處理這個問題，在早期UNIX系統中對於這些系統呼叫需要作額外的檢查和判斷，如果錯誤並且errno=EINTR，需要重新呼叫

4.     Free BSD  4.2對於部分系統呼叫ioctl, read, readv, write, writev, wait實現了自動重新恢復功能，也就是當函式被中斷的時候會自動恢復到原來的執行情況

5.     Free BSD 5.2.1, Linux 2.4.22, Mac OS X 10.3支援此功能，但POSIX.1不作強制要求

6 Reentrant Functions

在Signal處理函式中，有可能在執行某個函式的時候，signal產生並呼叫了signal處理函式，然後再signal處理函式中再次呼叫了此函式，如果此函式呼叫了malloc/free，或者使用了static變數等技巧，會造成此函式不可再次被呼叫，此函式就是不可重入，反之就是可以重入的。UNIX標準定義了一個表，表中的函式都是可重入的。

7 Reliable Signal Terminology and Semantics

1.     在一個Signal被Generate之後，而被Deliver之前，該Signal稱為正處於pending狀態

2.     程式可以Block某個Signal。如果某個被Block的signal產生的話，該signal一直會處於pending狀態，直到程式

a.     Unblock這個Signal

b.     改變Signal的狀態為Ignore

3.     如果一個被Block的Signal產生多次，POSIX.1允許deliver該signal一次或者多次

4.     每個程式有一個signal mask，表示那些signal被Block，那些被允許

5.     sigset_t用來表示多種signal的集合

8 kill and raise Functions

Kill函式對某個程式傳送signal，而raise對本程式傳送signal：

#include <signal.h>   int kill(pit_t pid, int signo); int raise(int signo)   成功返回0，錯誤返回-1

 

對於pid可以有4種可能性：

1.     pid > 0：傳送給某個程式

2.     pid == 0：傳送給所有group ID=當前傳送程式的group id，並且有許可權傳送。注意部分系統程式（具體是那些的話和具體實現相關）不包括在內

3.     pid < 0：傳送給所有group ID= abs(pid)的程式，不包括部分系統程式

4.     pid == -1：傳送給所有有許可權傳送signal的程式，不包括部分系統程式

順便說一句，我認為這個design不太好，最好設計成四個不同函式。

Superuser可以傳送signal給任何程式，而對於一般使用者來說，傳送者的user id必須等於接收者的user id

如果signo=0，則是告訴kill函式檢查該程式是否存在。如果不存在，則返回錯誤-1，errno設定為ESRCH。

9 alarm and pause Functions

Alarm函式設定一個timer，到固定時間之後會expire，傳送一個SIGALRM signal：

#include <signal.h>   unsigned int alarm(unsigned int second);   返回前一個alarm的剩餘時間值，單位為秒

 

SIGALRM的預設行為是中止程式。同一個程式只能有一個alarm。呼叫alarm函式會取消前一個alarm，並返回前一個alarm的剩餘時間。如果second值為0，則只是取消前一個alarm。

 

Pause函式暫停當前程式的執行，直到某個signal被catch：

#include <signal.h>   int pause(void);   總是返回-1，errno總是設定為EINTR

 

10 signal sets

多個signal的集合用signal set表示，型別為sigset_t，下面函式用於操作sigset_t：

#include <signal.h>   int sigemptyset(sigset_t *set);   int sigfillset(sigset_t *set);   int sigaddset(sigset_t *set, int signo);   int sigdelset(sigset_t *set, int signo);   成功返回0，錯誤返回-1   int sigismember(sigset_t *set, int signo);   返回1如果是，不是則返回0

 

1.     sigemptyset：初始化sigset_t，所有signal都不包括在內

2.     sigfillset：初始化sigset_t，包括所有signal

3.     sigaddset, sigdelset：新增/刪除signal

4.     sigismember：檢查signal set中是否包括該signal

11 sigprocmask Function

sigprocmask函式設定程式的signal mask，可以block/unblock signal：

#include <signal.h>   int sigprocmask(int how, const sigset_t *restrict set, sig_set *restrict oset);     成功返回0，錯誤返回-1

1.     how引數的意義如下：

How	Description
SIG_BLOCK	在原來的mask基礎上Block signal set
SIG_UNBLOCK	在原來的mask基礎上Unblock signal set
SIG_SETMASK	設定mask為指定的signal set

 

2.     set：signal set，如果=NULL則忽略how引數（again，又是一個不太合適的設計，不利於差錯和記憶）

3.     oset：返回當前process的signal mask

 

12 sigpending Function

Sigpending函式返回當前被block而沒有deliver的signal的集合：

#include <signal.h>   int sigpending(sigset_t *set);     成功返回0，錯誤返回-1

 

13 sigaction Function

sigaction用於修改或者獲取某個signal所對應的action。Sigaction可以取代Signal函式，實際上，signal函式可以用sigaction函式來實現。。sigaction函式原型如下：

#include <signal.h>   int sigaction(int signo, const struct sigaction *restrict act, struct sigaction *restrict oact);     成功返回0，錯誤返回-1

1.     signo：signal

2.     act：對應的action

3.     oact：之前的action，可以為NULL

sigaction如下：

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

1.     sa_handler：signal處理函式

2.     sa_mask：當signal函式被呼叫的時候，自動block這些signal。當signal處理函式返回的時候，mask會恢復到初始值。同時，作業系統也會自動把該signal加到mask中，防止重入

3.     sa_flags：定義如下：

Option	Description
SA_INTERRUPT	被該signal中斷的系統呼叫不會自動重啟
SA_NOCLDSTOP	如果signo是SIGCHLD，當子程式stop的時候不產生該signal
SA_NOCLDWAIT	如果signo是SIGCHLD，子程式不會變成zombie。當呼叫wait的時候，呼叫程式會一直等待直到所有子程式結束
SA_NODEFER	在signal處理函式中系統不會自動block該signal
SA_ONSTACK	如果呼叫了sigaltstack指定一個額外的stack，那麼該signal傳送的時候，程式處於此stack中
SA_RESETHAND	恢復為初始化值，SA_SIGINFO flag也會被清除
SA_RESTART	被該signal中斷的系統呼叫會自動重啟
SA_SIGINFO	為signal處理函式提供額外資訊

 

4.     sa_sigaction：當sa_flags為SA_SIGINFO時，signal處理函式為sa_sigaction，接收額外兩個引數：siginfo_t和void *

siginfo_t表示該signal為何產生：

struct siginfo_t {       int   si_signo;   /* signal */       int   si_errno;   /* errrno */       int   si_code;    /* 額外資訊，和具體signal相關 */       pid_t si_pid;     /* 傳送signal程式的pid */       uid_t si_uid;     /* 傳送signal的程式的uid */       void  *si_addr;   /* 產生fault(SIG_SEGV)的地址 */       int   si_status;  /* 退出值或者signal數值 */       long  si_band;    /* SIGPOLL的band數值 */ };

 

而void *則應該被轉換成ucontext_t結構，表示當signal產生時候的程式上下文資訊

 

14 sigsetjmp and siglongjmp Functions

1.     setjmp,longjmp的函式的作用是，setjmp記住位置，然後longjmp可以自動跳轉到該位置，並且從setjmp函式返回

2.     當呼叫signal處理函式的時候，該signal會自動被block，如果這個時候我們呼叫longjmp跳出signal處理函式，那麼signal還會被Block嗎？答案是不確定，和具體實現相關

3.     為了解決這個問題，系統提供了sigsetjmp和siglongjmp。區別在於，如果sigsetjmp的savemask為非0，則sigsetjmp會在env引數中記住當前process的signal mask。一般情況下如果和signal打交道的話都需要呼叫這兩個函式。這兩個函式原型如下：

#include <signal.h>   int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savemask);   直接呼叫返回0，從siglongjmp返回的時候返回非0   void siglongjmp(sigjmp_buf env, int val);

 

15 sigsuspend Function

Sigsuspend函式可以在一個原子操作內設定mask然後pause，防止設定mask之後pause之前，signal handler被呼叫，程式永遠等待。原型如下：

#include <signal.h>   int sigsuspend(sigset_t *sig);   總是返回-1，errno設定為EINTR

 

16 abort Function

Abort函式等價於raise (SIGABRT)。注意就算是signal處理函式處理了SIGABRT，程式仍然會結束。

17 system Function

System函式除了會執行可執行檔案建立子程式之外，還會設定sigmask為忽略SIGINT，SIGQUIT並Block SIGCHLD。

1.     忽略SIGINT和SIGQUIT的原因是，只有子程式應該處理這兩個signal，而父程式無需處理

2.     Block SIGCHLD的原因是，System函式需要知道子程式的結束，而父程式不應該先提前知道，以擴音前呼叫wait函式使得System函式本身無法獲得程式的退出值

18 sleep Function

Sleep函式可以sleep某段時間，精確性無法保證。程式睡眠指定時間，直到時間到或者signal產生並被handler處理。注意sleep可能會由alarm函式實現，所以把alarm函式和sleep函式混著使用可能會造成無法預料的結果。

19 Job-Control Signals

SIGCHLD, SIGCONT, SIGSTOP, SITTSTP, SIGTTIN, SITTOU被認為是和Job Control有關的signal。大部分情況下，程式無需處理這些signal，除了SIGCHLD之外。

20 Additional Features

有些系統提供sys_siglist陣列，儲存著每個signal對應的字串描述。

extern char *sys_siglist[];

 

很多系統提供psignal函式輸出一個msg + ‘: ’ + signal string

#include <signal.h>   void psignal(int四個，const char *msg);

 

另一個常用函式是strsignal，返回signo對應的描述

#include <string.h>   char *strsignal(int signo);   返回對應的描述

 

Solaris提供把signal和名稱對應起來的函式：

#include <string.h>   int *sig2str(int signo, char *str);   int str2sig(const char *str, int *signop);   返回對應的描述

Sig2str把signal轉換為對應的描述字串，而str2sig則是將描述字串轉換為signal。