? 防止信號處理失靈
作者：Danny Kalev
編譯：MTT 工作室
原文出處：
Preventing Glitches in Signal Processing 摘要：本文將剖析 ANSI <signal.h>庫并示范如何使用其接口。進而討論
POSIX 信號處理 API。
信號處理類似硬件中斷。它們促使某個進程從當前的執(zhí)行控制流程中跳出，以實現(xiàn)特定的行為，待特定處理完成后，再恢復到中斷點繼續(xù)執(zhí)行。本文將剖析
ANSI <signal.h>庫并示范如何使用其接口。然后，本文將進而討論
POSIX 信號處理 API。默認情況下，某些信號導致進程終止。例如，試圖存取進程不擁有的內(nèi)存將觸發(fā) SIGSEGV
（“段故障”）信號，這時該信號會終止進程的執(zhí)行。許多應(yīng)用程序都有這個問題，這是我們不希望看到的。調(diào)試，仿真和事務(wù)處理系統(tǒng)必須處理這樣的信號以便讓進程繼續(xù)執(zhí)行。那么我們?nèi)绾畏乐惯@種發(fā)生呢？
答案是安裝一個處理器處理進來的信號并在發(fā)生時捕獲它們
第一步：建立信號處理器
信號是內(nèi)核傳給某個進程的一個整數(shù)。當進程接收到信號，它便以以下方式之一響應(yīng)：
忽略該信號；
讓內(nèi)核完成與該信號關(guān)聯(lián)的
默認操作；
捕獲該信號，即讓內(nèi)核將控制傳給信號處理例程，等信號處理例程執(zhí)行完畢，然后又從中斷的地方恢復程序的執(zhí)行。
所謂信號處理例程是一個函數(shù)，當某個信號發(fā)生時，內(nèi)核會自動調(diào)用該函數(shù)。signal()函數(shù)為給定的信號注冊一個處理例程：typedef void (*handler)(void);
void * signal(int signum, handler);
第一個參數(shù)是信號編碼。第二個參數(shù)用戶定義的函數(shù)地址，當信號 signum 產(chǎn)生時，handler 所指向的函數(shù)被調(diào)用。
除了函數(shù)地址之外，第二個參數(shù)也可以是兩個特殊的值：SIG_IGN 和 SIG_DFL。SIG_IGN 表示該信號應(yīng)被忽略（注意：SIGKILL
和 SIGSTOP 在無論如何都是不能被阻塞、捕獲或忽略的）；SIG_DFL 指示內(nèi)核該信號產(chǎn)生時完成默認行為。
第二步：發(fā)信號
向某個進程發(fā)信號有三種方式：
進程通過條用 raise() 顯式地發(fā)送信號給自己；
信號從另一個進程發(fā)送，比方說通過
kill() 系統(tǒng)調(diào)用或者
Perl 腳本；
信號從內(nèi)核發(fā)送。例如，當進程試圖存取不屬于自己的內(nèi)存，或在系統(tǒng)關(guān)閉期間存取內(nèi)存時；
第三步：產(chǎn)生和處理信號
下面程序注冊 SIGTERM 處理器。然后產(chǎn)生一個 SIGTERM 信號，從而導致該處理器運行：
#include <csignal>
#include <iostream>
using namespace std;
void term(int sig)
{
? //..necessary cleanup operations before terminating
? cout << "handling signal no." <<sig <<endl;
}
int main()
{
signal(SIGTERM, term); // register a SIGTERM handler
raise(SIGTERM); // will cause term() to run
}
ANSI <signal.h> 的局限
當進入就緒狀態(tài)的某個進程準備運行一個 SIGx 信號處理例程時又接收到另一個 SIGx
信號，這時會發(fā)生什么情況呢？一個方法是讓內(nèi)核中斷該進程并再次運行該信號處理例程。為此，這個處理例程必須是可重入的（
re-entrant）。但是，設(shè)計可重入的處理例程決非易事。ANSI
C 解決
重現(xiàn)信號（recurring signals）問題的方法是在執(zhí)行用戶定義的處理例程前，將處理例程重置為 STG_DFL。這樣做是有問題的。
當兩個信號快速產(chǎn)生時，內(nèi)核運行第一個信號的處理例程，而對第二個信號則進行默認處理，這樣有可能終止該進程。
在過去的三十年中出現(xiàn)了幾個可以信號處理框架，每一種框架對重現(xiàn)信號的處理問題提供了不同的解決方法。
POSIX 信號 API 是其中最為成熟的和可移植的一個。
POSIX 信號
POSIX 信號處理函數(shù)操作一組打包在 sigset_t 數(shù)據(jù)類型中信號：
int sigemptyset(sigset_t * pset); 清除 pset 中的所有信號。
int sigfillset(sigset_t * pset); 用可獲得的信號填充 pset。
int sigaddset(sigset_t * pset, int signum); 將 signum 添加到 pset。
int sigdelset(sigset_t * pset, int signum); 從 pset 中刪除 signum。
int sigismember(const sigset_t * pset, int signum); 如果 signum 包含在
pset 中，則返回非零，否則返回 0。
Sigaction() 為特定的信號注冊處理例程：
int sigaction(int signum, struct sigaction * act, struct sigaction *prev);
sigaction 結(jié)構(gòu)描述內(nèi)核處理 signum 的信息：struct sigaction
{
? sighanlder_t sa_hanlder;
? sigset_t sa_mask; // 阻塞信號的清單
? unsigned long sa_flags; // 阻塞模式
? void (*sa_restorer)(void); // 未使用
};
sa_hanlder 保存函數(shù)的地址，該函數(shù)帶一個整型參數(shù)，沒有返回值。它還可以是兩個特別值之一：SIG_DFL 和 SIG_IGN。
額外特性
POSIX API 提供多種 ANSI 庫中所沒有的服務(wù)。其中包括阻塞進入的信號并獲取當前未決信號。
阻塞信號
sigprocmask() 阻塞和取消阻塞信號：int sigprocmask(int mode, const sigset_t* newmask,sigset_t * oldmask);
mode 可取以下值之一：
SIG_BLOCK —— 將 newmask 中的信號添加到當前的信號擋板中。
SIG_UNBLOCK —— 從當前的信號擋板中刪除 newmask 信號。
SIG_SETMASK —— 僅阻塞 newmask 中的信號。
獲取未決信號
阻塞的信號處于等待狀態(tài)，直到進程就緒接收它們。這樣的信號被稱為未決信號，可以通過調(diào)用 sigpending() 來獲取。
int sigpending(sigset_t * pset);
作者簡介
Danny Kalev 是一名通過認證的系統(tǒng)分析師，專攻 C++ 和形式語言理論的軟件工程師。1997 年到 2000
年期間，他是 C++ 標準委員會成員。最近他以優(yōu)異成績完成了他在普通語言學研究方面的碩士論文。
業(yè)余時間他喜歡聽古典音樂，閱讀維多利亞時期的文學作品，研究 Hittite、Basque 和 Irish Gaelic
這樣的自然語言。其它興趣包括考古和地理。Danny 時常到一些 C++ 論壇并定期為不同的 C++
網(wǎng)站和雜志撰寫文章。他還在教育機構(gòu)講授程序設(shè)計語言和應(yīng)用語言課程。