信号是系统响应某些条件而产生的一个事件，接收到该信的进程做出相应的处理。通常信是由错误产生的，如段错误(SIGSEGV)。但信还可以作为进程间通信的一种方式，由一个进程发送给另一个进程。

信号定义在 signal.h 文件中，以 SIG 作为开头，可用 kill -l 命令查看，详细信息参见 man 7 signal。

信号处理

信号可以通过 signal 和 sigaction 函数来注册处理， signal 函数是 struct sigaction 中 sa_handler 的一种便捷实现。

signal 函数

原型：

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

其中 sig 是需要捕获的 signal number, 后一个是捕获到信号后的处理函数指针，所以处理函数的原型必须是 void func(int) ，简单的代码示例如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
static void
handler(int sig)
{
 printf("Recieved signal: %d\n", sig);
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
 signal(SIGINT, handler);
 printf("Caught SIGINT, input 'quit' to exit...\n");
 // wait signal caught
 char buf[1024] = {0};
 while (1) {
 printf("Please input: ");
 scanf("%s", buf);
 if (strcmp(buf, "quit") == 0) {
 break;
 }
 }
 printf("Exit...\n");
 return 0;
}

另外 api 中也提供了下面 2 个特殊的 handler:

SIG_IGN

忽略此信号

SIG_DFL

恢复此信号的默认行为

sigaction 函数

原型：

int sigaction(int sig, const struct sigaction *restrict act,
 struct sigaction *restrict oact);

其中 sig 为 signal number, act 指定信号的处理行为， oact 如果不为 NULL 则返回信号之前的处理行为。

struct sigaction 的主要成员如下：

void(*) (int) sa_handler 处理函数指针，同 signal 函数中的 func 参数
sigset_t sa_mask 信号屏蔽字，是指当前被阻塞的一组信号，不能被当前进程收到
int sa_flags 处理行为修改器，指明哪种处理函数生效，详见下文
void(*) (int, siginfo_t *, void *) sa_sigaction 处理函数指针，仅 sa_flags == SA_SIGINFO 时有效其中 sa_flags 主要可以设置为以下值：
SA_NOCLDSTOP

子进程停止时不产生 SIGCHLD 信号

SA_RESETHAND

将信号的处理函数在处理函数的入口重置为 SIG_DFL

SA_RESTART

重启可中断的函数而不是给出 EINTR 错误

SA_SIGINFO

使用 sa_sigaction 做为信号的处理函数

SA_NODEFER

捕获到信号时不将它添加到信号屏蔽字中

简单的代码示例如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#define SIG SIGINT
static void
sig_handler(int sig, siginfo_t *si, void *data)
{
 printf("Caught signal: %d\n", sig);
 printf("Sender pid: %d\n", si->si_pid);
 printf("Sender uid: %d\n", si->si_uid);
}
static int
sig_caught(int sig)
{
 printf("Start caught signal: %d\n", sig);
 struct sigaction sa;
 sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
 sa.sa_sigaction = sig_handler;
 sigemptyset(&sa.sa_mask);
 int ret = sigaction(sig, &sa, NULL);
 if (ret == -1) {
 printf("Failed to caught signal: %d\n", sig);
 return -1;
 }
 return 0;
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
 if (sig_caught(SIG) == -1) {
 return -1;
 }
 printf("Caught signal(%d), input 'quit' to exit...\n", SIG);
 char buf[1024] = {0};
 while(1) {
 printf("Please input: ");
 scanf("%s", buf);
 if (strcmp(buf, "quit") == 0) {
 break;
 }
 }
 printf("Exit...\n");
 return 0;
}

信号屏蔽字

考虑一下这种情况：在 signal()/sigaction() 返回之前进程就已经收到了需要处理的信号，此时进程会以默认行为来处理，这显然不符合我们的期望。这时就需要用到信号屏蔽字了，在进程启动时就将需要处理的信号加入的屏蔽字中，等 signal()/sigaction() 返回后再解除屏蔽，解除屏蔽后至少会将收到的待处理信号发送一个给进程。

屏蔽字用到一下函数：

int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);
int sigprocmask(int how, const sigset_t *restrict set,
 sigset_t *restrict oset);

sigprocmask 中 set 为需要设置的屏蔽字集， oset 为之前的屏蔽字集， how 控制着 set 如何生效，可设置为以下值：

SIG_BLOCK

该进程的屏蔽字集将为当期屏蔽字集与 set 的并集， set 中包含了需要屏蔽的信号集

SIG_UNBLOCK

该进程的屏蔽字集将为当期屏蔽字集与 set 的补集的交集， set 中包含了需要解除屏蔽的信号集

SIG_SETMASK

该进程的屏蔽字集将设置为 set 的值

简单的设置流程如下：

int
sig_block(int sig, int how)
{
 sigset_t mask;
 sigemptyset(&mask)
 sigaddset(&mask, sig);
 sigprocmask(how, &mask, NULL);
}

信号发送

信号可以通过 kill 函数发送给指定进程，也可以通过 raise 或者 alarm 函数发送给当前执行的线程或进程，下面来分别说说这几个函数。

kill 函数

原型：

int kill(pid_t pid, int sig);

kill 函数向指定进程发送指定的信号，如果信号为 0 将执行错误检查，信号并不会发送，可以用来检查 pid 的有效性。

pid 大于 0 时信号将发送给此进程， pid 小于等于 0 时，如下：

等于 0

信号将发送给发送者所在组里的所有进程

等于 -1

信号将发送给所有进程

小于 -1

信号将发送给进程组为 pid 绝对值的所有组内进程

alarm 函数

原型：

unsigned alarm(unsigned seconds);

alarm 函数将在指定的 seconds 之后发送一个 SIGALRM 信号，如果 seconds 为 0, 则取消之前的定时器请求。如果不为 0 则取消之前的请求，重新设置为 seconds 。如果在等待结束之前有其他的事件产生，那定时器请求也将被取消。

简单的代码示例如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
static void
handler(int sig)
{
 printf("alarm arrived: %d\n", sig);
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
 signal(SIGALRM, handler);
 alarm(2);
 sleep(2);
 printf("alarm 5s over\n");
 alarm(10);
 sleep(1);
 unsigned int remaining = alarm(3);
 printf("alarm 10s remain: %u, reset to 3\n", remaining);
 sleep(3);
 printf("alarm 3s over\n");
 alarm(20);
 sleep(3);
 remaining = alarm(0);
 printf("cancel alarm 20s, remian: %u, exit...\n", remaining);
}

raise 函数

原型：

int raise(int sig);

raise 函数将给当前执行的线程或进程发送信号，如果信号处理函数已经被调用， raise 函数将等待信号处理函数调用结束才返回。

结语

信号处理函数是会被重复调用的，所以必要保存其是可重入的，注意处理逻辑。

另外本文中的代码都在 https://github.com/jouyouyun/examples/tree/master/signal 中，这个 repo 也有其它的示例，有兴趣的可以看看。

附录

信号表

/* ISO C99 signals. */
#define SIGINT 2 /* Interactive attention signal. */
#define SIGILL 4 /* Illegal instruction. */
#define SIGABRT 6 /* Abnormal termination. */
#define SIGFPE 8 /* Erroneous arithmetic operation. */
#define SIGSEGV 11 /* Invalid access to storage. */
#define SIGTERM 15 /* Termination request. */
/* Historical signals specified by POSIX. */
#define SIGHUP 1 /* Hangup. */
#define SIGQUIT 3 /* Quit. */
#define SIGTRAP 5 /* Trace/breakpoint trap. */
#define SIGKILL 9 /* Killed. */
#define SIGBUS 10 /* Bus error. */
#define SIGSYS 12 /* Bad system call. */
#define SIGPIPE 13 /* Broken pipe. */
#define SIGALRM 14 /* Alarm clock. */
/* New(er) POSIX signals (1003.1-2008, 1003.1-2013). */
#define SIGURG 16 /* Urgent data is available at a socket. */
#define SIGSTOP 17 /* Stop, unblockable. */
#define SIGTSTP 18 /* Keyboard stop. */
#define SIGCONT 19 /* Continue. */
#define SIGCHLD 20 /* Child terminated or stopped. */
#define SIGTTIN 21 /* Background read from control terminal. */
#define SIGTTOU 22 /* Background write to control terminal. */
#define SIGPOLL 23 /* Pollable event occurred (System V). */
#define SIGXCPU 24 /* CPU time limit exceeded. */
#define SIGXFSZ 25 /* File size limit exceeded. */
#define SIGVTALRM 26 /* Virtual timer expired. */
#define SIGPROF 27 /* Profiling timer expired. */
#define SIGUSR1 30 /* User-defined signal 1. */
#define SIGUSR2 31 /* User-defined signal 2. */
/* Nonstandard signals found in all modern POSIX systems
 (including both BSD and Linux). */
#define SIGWINCH 28 /* Window size change (4.3 BSD, Sun). */
/* Archaic names for compatibility. */
#define SIGIO SIGPOLL /* I/O now possible (4.2 BSD). */
#define SIGIOT SIGABRT /* IOT instruction, abort() on a PDP-11. */
#define SIGCLD SIGCHLD /* Old System V name */
/* Not all systems support real-time signals. bits/signum.h indicates
 that they are supported by overriding __SIGRTMAX to a value greater
 than __SIGRTMIN. These constants give the kernel-level hard limits,
 but some real-time signals may be used internally by glibc. Do not
 use these constants in application code; use SIGRTMIN and SIGRTMAX
 (defined in signal.h) instead. */
#define __SIGRTMIN 32
#define __SIGRTMAX __SIGRTMIN
/* Biggest signal number + 1 (including real-time signals). */
#define _NSIG (__SIGRTMAX + 1)

Linux Signal 示例

信号处理

signal 函数

sigaction 函数

信号屏蔽字

信号发送

kill 函数

alarm 函数

raise 函数

结语

附录

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