Linux系统编程(23)——信号的阻塞

时间:2021-08-03 01:32:12


实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery),信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。进程可以选择阻塞(Block)某个信号。被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作。注意,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。信号在内核中的表示可以看作是这样的:

 Linux系统编程(23)——信号的阻塞

 

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞和未决,还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,

SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。

SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。

SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。

 

如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,将如何处理?POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。本章不讨论实时信号。从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。下一节将详细介绍信号集的各种操作。阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。

 

 

信号集操作函数

sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的。

 

#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);
int sigismember(const sigset_t *set, intsigno);

函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含任何有效信号。函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表示该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。注意,在使用sigset_t类型的变量之前,一定要调用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。

 

每个进程都有一个用来描述哪些信号递送到进程时将被阻塞的信号集,该信号集中的所有信号在递送到进程后都将被阻塞。下面是与信号阻塞相关的几个函数:

 

#include <signal.h>int sigprocmask(int  how,  const sigset_t *set, sigset_t *oldset));int sigpending(sigset_t *set));int sigsuspend(const sigset_t *mask));

 

sigprocmask函数

调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字。

 

#include <signal.h>

 

int sigprocmask(int how, const sigset_t*set, sigset_t *oset);返回值:若成功则为0,若出错则为-1

 

如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出。如果set是非空指针,则更改进程的信号屏蔽字,参数how指示如何更改。如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号屏蔽字备份到oset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽字。

 

sigprocmask()函数能够根据参数how来实现对信号集的操作,操作主要有三种:

参数how          进程当前信号集

SIG_BLOCK       在进程当前阻塞信号集中添加set指向信号集中的信号

SIG_UNBLOCK 如果进程阻塞信号集中包含set指向信号集中的信号,则解除对该信号的阻塞

SIG_SETMASK  更新进程阻塞信号集为set指向的信号集

 

 

如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达。

 

 sigpending函数

#include <signal.h> int sigpending(sigset_t *set);


sigpending读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。调用成功则返回0,出错则返回-1。

sigsuspend(const sigset_t *mask))用于在接收到某个信号之前,临时用mask替换进程的信号掩码, 并暂停进程执行,直到收到信号为止。sigsuspend 返回后将恢复调用之前的信号掩码。信号处理函数完成后,进程将继续执行。该系统调用始终返回-1,并将errno设置为EINTR。

结构体itimerval:

           struct itimerval {                struct timeval it_interval; /*next value */                struct timeval it_value;    /* current value */           };           struct timeval {                long tv_sec;                /* seconds */                long tv_usec;               /* microseconds */           };


三参数信号处理函数中第二个参数的说明性描述:

siginfo_t {
    int     si_signo;  /* 信号值,对所有信号有意义*/
    int     si_errno;  /* errno值,对所有信号有意义*/
    int     si_code;   /* 信号产生的原因,对所有信号有意义*/
    pid_t   si_pid;    /* 发送信号的进程ID,对kill(2),实时信号以及SIGCHLD有意义 */
    uid_t   si_uid;    /* 发送信号进程的真实用户ID,对kill(2),实时信号以及SIGCHLD有意义 */
    int     si_status; /* 退出状态,对SIGCHLD有意义*/
    clock_t si_utime;  /* 用户消耗的时间,对SIGCHLD有意义 */
    clock_t si_stime;  /* 内核消耗的时间,对SIGCHLD有意义 */
    sigval_t si_value;  /* 信号值,对所有实时有意义,是一个联合数据结构,
/*可以为一个整数(由si_int标示,也可以为一个指针,由si_ptr标示)*/
    void *  si_addr;   /* 触发fault的内存地址,对SIGILL,SIGFPE,SIGSEGV,SIGBUS信号有意义*/
    int     si_band;   /* 对SIGPOLL信号有意义 */
    int     si_fd;     /* 对SIGPOLL信号有意义 */
}


实际上,除了前三个元素外,其他元素组织在一个联合结构中,在联合数据结构中,又根据不同的信号组织成不同的结构。注释中提到的对某种信号有意义指的是,在该信号的处理函数中可以访问这些域来获得与信号相关的有意义的信息,只不过特定信号只对特定信息感兴趣而已。

下面是一个例子:

#include <signal.h>#include <stdio.h> void printsigset(const sigset_t *set){         inti;         for(i = 1; i < 32; i++)                   if(sigismember(set, i) == 1)                            putchar('1');                   else                            putchar('0');         puts("");} int main(void){         sigset_ts, p;         sigemptyset(&s);         sigaddset(&s,SIGINT);         sigprocmask(SIG_BLOCK,&s, NULL);         while(1) {                   sigpending(&p);                   printsigset(&p);                   sleep(1);         }         return0;}


程序运行时,每秒钟把各信号的未决状态打印一遍,由于我们阻塞了SIGINT信号,按Ctrl-C将会使SIGINT信号处于未决状态,按Ctrl-\仍然可以终止程序,因为SIGQUIT信号没有阻塞。