Linux Signal信号处理：信号发送与捕获

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在涉及到Linux环境或者是类Linux的环境做开发时，信号处理是必不可少的。为什么需要信号，其存在的意义何在，如何发送信号或者捕获信号，在此做一些记录。

实际上，信号对于Linux系统非常重要，Linux内核通过信号来管理我们每个进程的行为，并且我们在日常开发或者调试时也需要对信号进行操作。一般我们会涉及到两个操作，信号的发送与信号的捕获。

关于信号是怎么产生的，大体分为硬件方式与软件方式，硬件方式比如我们键盘内按下Ctrl+C组合键，此时即产生中断信号；而软件方式则通过Kill/Sigqueue等函数/命令进行发送即可。

查看系统所有的信号，我们可以通过kill命令来查看，在shell终端内输入kill -l命令即可查看所有的Signal：

当我们的程序收到这些信号时，都会存在对应的软中断来对做出相应的响应。而进程对于不同的信号的响应是各不相同的。当前存在的默认行为存在以下几类：

TERM：默认收到信号后结束该进程

IGN:默认收到信号后进行忽略，不做任何响应

CORE:默认收到信号后结束进程，并进行core dump

STOP:默认收到信号后停止进程

CONT:默认收到信号后如进程处理停止状态，则继续运行。

以下是一些标准信号及其默认行为的一个整理：

Signal	Action	Remark
SIGABRT	CORE	结束进程，由abort（）函数产生
SIGALRM	TERM	结束进程，由alarm（）函数产生
SIGBUS	CORE	Bus Error（bad memory access），地址总线寻址错误
SIGCHILD	IGN	子进程停止或者结束
SIGCONT	CONT	如果当前处于停止状态则继续
SIGINT	TERM	从键盘接收的中断输入
SIGKILL	TERM	强制终止进程信号
SIGPIPE	TERM	Broken pipe：写入数据输出至管道却没有reader
SIGSEGV	CORE	无效的地址使用
SIGSYS	CORE	无效的系统调用
SIGTERM	TERM	结束进程
SIGTRAP	CORE	程序陷入硬/软中断而被Reset
SIGXCPU	TERM	CPU时间片使用超过限定
SIGXFSZ	CORE	文件大小超过限定
SIGPWR	TERM	终止进程，系统关机

信号发送

信号发送通常发送至系统内核或者其他进程，用于状态同步。

1.使用raise函数

使用raise函数需要引入<signal.h>头文件。

函数原型：int raise(int sig);

raise函数将会给发送信号给调用方，在单线程/进程中等价于kill(getpid(),sig),在多线程环境中等价于pkill，其中sig代表发送的信号。

返回值：返回0代表成功，非0则代表失败

2.使用kill函数

使用kill函数同样地需要引入<signal.h>头文件。

函数原型：int kill(pid_t pid,int sig);

kill函数将会发送特定信号给特定的进程，具体是哪些进程将会由pid参数决定。

关于pid的参数设定，遵循如下规则：

pid>0:发送信号到指定进程

pid=0:发送信号到该进程所在进程组内的所有进程

pid=-1:发送信号给当前用户有权限发送信号的所有进程

pid<-1:发送信号给指定进程组内的所有进程，其中进程组取pid的绝对值

返回值：如果调用成功，则返回0，否则返回-1.同时产生相应的errno信号，使用strerror函数打印即可查看，这里列出各个errno信号的错误信息：

EINVAL：发送的sig为无效值。

EPERM： 表明信号发送方无权发送信号给待接收方。

ESRCH： 表明没有匹配id的进程或者进程组。

3.使用sigqueue函数

sigqueue相对于kill是具有更高灵活度的一个函数，使用sigqueue函数同样需要引入<signal.h>头文件。

函数原型：int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);

其中pid用于指定将要发送信号的进程id，sig用于指定信号，value则是一个联合体，用于在发送信号时传递一些附加内容，关于sigval联合体的定义如下：

union sigval {
      int   sival_int;
      void *sival_ptr;
 };

返回值：若调用成功，则返回0；返回-1则调用失败，并生成对应的errno信号。各个errno错误信号的定义如下：

EAGAIN:表明当前进入queue状态的信号已达上限。

EINVAL:表明sig参数无效。

EPERM:表明信号发送方无权发送信号给待接收方。

ESRCH:表明没有匹配id的进程或者进程组。

除了以上这些比较通用的信号发送函数外，还有一些专用的信号发送函数，如alarm函数、abort函数等，此处不做展开。

信号捕获

有些时候我们的程序会不可避免的崩溃或者被系统Kill或者被中断，此时需要捕获信号来做一些异常处理，或者说是进程退出前的一些清理工作。这里可以举一个例子，在Android系统中,Vold子系统会监控记录每个进程对系统资源的占用，比如U盘，如在拔出U盘时还存在资源占用就会先发送SIGINT信号提示应用进行资源释放，如未释放资源则会发送SIGKILL信号进行强制Kill。那么这时候我们就需要去进行信号的捕获。

1.使用signal函数

使用signal函数同样需要引入头文件 <signal.h> 。

函数原型：sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

这里 sighandler_t 指代一个函数指针，一般定义为typedef void (*sighandler_t)(int);

其中默认的handler分为两类：SIG_IGN与SIG_DFL，前者表示忽略信号，后者表示采取默认行为。使用signal函数，就可以捕获到信号，按照我们设定的handler进行信号捕获后的处理。这里需要说明，SIGKILL与SIGSTOP是不可被捕获的。

返回值：正常返回 sighandler 之前的值，否则返回SIG_ERR错误。

使用示例：

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

//function declaration
void signalHander(int signum);

void signalHandler(int signum)
{
  printf("We received a signal:%d\r\n",signum);
  exit(0);
}

void main(void)
{
  printf("Now we start run\r\n");
  //捕获SIGINT信号
  signal(SIGINT,signalHandler);
  for(;;)
  {
      printf("Not received any signal,just sleep 1 s\r\n");
      sleep(1);
  }

}

2.使用sigaction函数

使用sigaction函数同样需要引入头文件 <signal.h> 。

函数原型：int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

其中signum参数用于指定要捕获的信号，act为捕获信号后的行为，而oldact用于储存之前的act。这表明，实际上我们是可以多次使用 sigaction 并设置不同的act来实现不同的响应。

其中 sigaction 的定义如下：

struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int);
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    sigset_t   sa_mask;
    int        sa_flags;
    void     (*sa_restorer)(void);
};
//siginfo_t定义如下
siginfo_t {
    int      si_signo;    /* Signal number */
    int      si_errno;    /* An errno value */
    int      si_code;     /* Signal code */
    int      si_trapno;   /* Trap number that caused
                             hardware-generated signal
                             (unused on most architectures) */
    pid_t    si_pid;      /* Sending process ID */
    uid_t    si_uid;      /* Real user ID of sending process */
    int      si_status;   /* Exit value or signal */
    clock_t  si_utime;    /* User time consumed */
    clock_t  si_stime;    /* System time consumed */
    sigval_t si_value;    /* Signal value */
    int      si_int;      /* POSIX.1b signal */
    void    *si_ptr;      /* POSIX.1b signal */
    int      si_overrun;  /* Timer overrun count; POSIX.1b timers */
    int      si_timerid;  /* Timer ID; POSIX.1b timers */
    void    *si_addr;     /* Memory location which caused fault */
    long     si_band;     /* Band event (was int in
                             glibc 2.3.2 and earlier) */
    int      si_fd;       /* File descriptor */
    short    si_addr_lsb; /* Least significant bit of address
                             (since kernel 2.6.32) */
}

sigaction函数返回值的定义如下：

EFAULT：act/oldact的内存地址并非有效的地址空间。

EINVAL：指定的信号无效（同样的，SIGKILL与SIGSTOP无法被捕获）。

使用示例：

void sigHandler(int sig)
{
    ……
    exit(EXIT_FAILURE);
}

void registerSigHandler()
{
    struct sigaction sa;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    //设定接收到特定信号之后的handler处理
    sa.sa_handler = sigHandler;
    //捕获SIGABRT
    sigaction(SIGABRT, &sa, nullptr);
    //捕获SIGTERM
    sigaction(SIGTERM, &sa, nullptr);
    //捕获SIGINT
    sigaction(SIGINT, &sa, nullptr);
}