信号---一次实验带出的和signal有关的知识

Posted 2020-08-12

　　之前看APUE上面信号一章的时候，看到APUE上面说早期的signal函数实现让安装的信号处理函数只能使用一次，当第二次再收到该信号的时候，进程将会执行该信号的默认动作，之前安装的信号处理函数将失效。于是我就去做实验验证一下，代码如下：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <signal.h>
 3 
 4 static void sigint_act(int);
 5 
 6 int main(int argc,  char *argv[])
 7 {
 8         signal(SIGINT, sigint_act);
 9 //      sysv_signal(SIGINT, sigint_act);
10 
11         while (1);
12 
13         return 0;
14 }
15 
16 
17 static void sigint_act(int signo)
18 {
19         printf("accept SIGINT signal succeed!\\n");
20     
21         sleep(3);
22 
23         printf("finished!\\n");
24 }

编译上面的代码后，执行的结果如下图所示：

　　仔细分析这个结果就知道和APUE上面提到的结论是不符合的；如果按照APUE上面说的，那么在第二次按下ctrl+c键的时候应该去执行SIGINT信号的默认动作，而SIGINT信号的默认动作是终止进程，所以进程应该会终止，但是从实验的结果来看进程并没有终止，这怎么解释？

　　接着上网去找资料，看了一篇博客（http://blog.chinaunix.net/uid-24774106-id-4061386.html）后，算是能解释上面的实验结果。博客上面说的原因是现代的signal函数和早期的signal函数并不相同，现代的signal函数安装的信号处理函数可以永久使用。那这就可以解释上面的实验结果中为什么进程没有终止。博客中还提到了sysv_signal函数，这个函数和早期的signal函数的实现是相同的，我用sysv_signal函数做了个实验，发现第二次按下ctrl+c按键时进程确实是立即终止了，如下图所示，证明博客中的内容是正确的。

　　上面实验结果中虽然解释了为什么进程没有终止，但是为什么会执行两次信号处理函数？博客中的内容也能解释这一原因，早期的signal函数和现代的signal函数还有一点区别就是早期的signal函数在执行某一信号的信号处理函数期间不会屏蔽阻塞该信号，而现代的signal函数会阻塞屏蔽该信号，等待信号处理函数执行完后再去处理该信号。（上面做的sysv_signal函数的实验实际上已经验证了这一点，在执行信号处理函数期间按下了ctrl+c键，进程便立即终止了，说明进程并没有阻塞SIGINT信号，因为如果阻塞了该信号，那么应该会等到信号处理函数执行完毕后，再终止进程）；第一次实验的实验结果之所以会执行两遍信号处理函数，是因为按下第二次ctrl+c键的时候正在执行信号处理函数，进程会阻塞该信号，但是仍然收到了该信号，待执行完了信号处理函数后（打印出了finished后）由于进程仍然接收到了信号，所以进程又去执行一遍信号处理函数。于是我又去做了个实验，如下图所示：

　　当正在执行信号处理函数期间，我又按了6次ctrl+c键，我的想法是会执行6次函数，但是实验结果不遂我愿只执行了两次函数，于是又去网上找资料，找到了一篇博客（http://blog.sina.com.cn/s/blog_7a9cae0101010hth.html），解决了我的这个疑问。

　　在博客中提到了信号的“未决状态”和“阻塞状态”，“未决状态”是指进程已经接收到该信号，不管进程处不处理该信号，只是标志着进程已经收到了该信号；“阻塞状态”指该进程在收到该信号后不去响应信号（意思就是不去执行信号的信号处理函数，不管是忽略、默认动作还是安装的函数）。上面的实验中当第二次按下ctrl+c键的时候产生的SIGINT信号处于未决状态，由于在执行信号处理函数期间会阻塞该信号，所以会等到函数执行完毕后再去执行信号处理函数。

　　还有一个不可靠信号和可靠信号之分，信号编号在32之前的信号都是不可靠信号，在32之后的都是可靠信号；不可靠信号是指不能排队的信号，信号可能会出现丢弃，可靠信号是指可以排队的信号。按照这个定义，那么SIGINT信号应该是属于不可靠信号（编号小于32），那么为什么上面的实验中好像信号出现了排队的现象，在按下第二次ctrl+c键的时候不应该丢弃的嘛？要解释这个问题，需要去了解信号的生命周期，同时上面的疑问（按6次键）也可以解释了。

　　信号的生命周期可以由4个事件来描述：信号产生、信号在进程中注册、信号注销、信号处理函数执行完毕。

• 信号产生：指信号的产生，如按下按键或者利用kill函数产生一个信号；
• 信号注册：指进程收到该信号，该信号便处于未决状态。在进程的PCB中，有如下图所示的成员来记录未决信号的信息； 信号的注册过程其实就是向成员signal中添加该信号，并在struct sigqueue信息链中添加一个属于该信号的结构体。可靠信号和不可靠信号的信号注册是有一些区别的，上面提到不可靠信号是不可以排队的，意思就是不可靠信号被注册一次后在注销之前是不会再次被注册的；而可靠信号则可以被多次注册。所以对于不可靠信号，在struct sigqueue信息链中一个信号只能有一个结构体，而可靠信号在信息链中可以有多个结构体。

• 信号的注销：在进程转去执行信号处理函数之前，必须要将该信号给注销。注销的实质就是在signal成员中删除该信号，并且在struct sigqueue信息链中将对应的结构体删除。对于不可靠信号来说，signal成员和信息链中都要删除该信号的信息；而对于可靠信号来说，如果该信号注册过多次的话，那么并不会删除signal成员中的信息，只会删除信息链中的一个结构体。
• 信号处理函数执行完毕：在注销信号后便去执行相应的信号处理函数直至结束。

　　有了上面的知识准备，就可以解释上面遗留的两个问题；第一个问题就是为什么SIGINT不可靠信号却好像能够排队，而没有丢弃？这是因为第二次按键是发生在执行信号处理函数期间，而此时之前的SIGINT信号在进程中已经被注销了，那么这时候产生的SIGINT信号就可以被顺利注册。所以其实信号并没有排队。第二个问题为什么按下了6次键却仍然只执行了两次信号处理函数？这个问题就能很好的说明不可靠信号不支持排队，会被丢弃。由于第二次按下ctrl+c键后SIGINT信号已经被注册了，所以接下来产生的5次信号都不能在被注册，即被丢弃，所以只能执行两次信号处理函数。