1、概述

2、信号的一些概念

2.1 什么是信号？

信号是信息的载体，他能在进程间传递一个信息，这个信息极其简单，而且只有满足特定条件才能被发送。

A给B发送信号，B收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到什么位置，都要暂停运行，去处理信号，处理完毕再继续执行，这叫做中断。

学过嵌入式的应该都知道中断，单片机里的中断主要由时钟（硬件）触发并实现，也叫时钟中断。但是信号中的中断不太一样，这里的中断是由软件方法实现的，也称为软中断，这种实现方法导致信号由很强的延时性。但对于人来说，这个延时非常短，基本察觉不到。

上面说是A给B发送信号，其实A是请求Linux内核产生信号并发给B，而B处理信号，其实也是B请求内核进行处理。所以严禁来说，A不能给B发信号。

2.2 信号的状态

递达： 执行信号的处理动作叫做信号抵达
未决： 信号从产生到递达之间的状态，称为信号未决
阻塞： 信号产生时，保持未决状态，当进程解除对此信号的阻塞，才会执行抵达动作
（阻塞和忽略不同，忽略是一种信号处理动作，而阻塞的信号还没到处理那一步呢）

2.3 两个信号集

阻塞信号集（信号屏蔽字）： 是当前进程要阻塞的信号的集合（信号可以还没有产生）
未决信号集： 当前进程中还处于未处理状态的信号的集合（信号必须存在）。未决的信号又称为被挂起的信号

这两个信号集使用set存储在内核的PCB中。下面详细说明这两个信号集的联系。

（下面描述的例子适用于任何信号，为方便描述，我们用SIGINT信号举例）
只要产生一个SIGINT信号（信号编号为2），未决信号集中对应的2号编号的位置上值为1，表示目前处于未决状态；在这个信号要被处理之前，需要查看阻塞信号集中的编号为2的位置上是否为1：
———如果为1，表示SIGINT信号被当前进程阻塞了，所以暂不处理，未决信号集上的该位置只能还保持1，当解除阻塞后，该信号被处理
———如果为0，表示SIGINT信号没被当前进程阻塞，需要进行处理，完成处理后未决信号集上该位置0，表示已经处理了。如果是这种情况，信号的产生到处理一帆风顺，其未决信号集由1到0的改变是极快的。

综上，未决信号集上的状态位一定程度上由阻塞信号集上的状态位决定，不过前提是产生了该信号，未决信号集的状态位只有在信号存在时才有意义。

2.4 处理信号

执行默认处理
忽略： 丢弃，注意：这不是不处理，忽略动作也会使未决信号集的状态位置0
捕捉： 调用用户处理函数

所有信号的默认处理动作共有五种：

Term	结束进程
Ign		忽略信号（如子进程死亡触发 SIGCHLD 信号，父进程收到该信号进行忽略处理，然后继续运行）
Core	结束进程并生成核心传输文件（用于检查进程死亡原因，用于 gdb 调试）
Stop	暂停进程
Cont	继续进程

2.5 信号4要素

每个信号都包含下面四个属性：
——信号名
——信号编号
——信号默认处理方式
——信号所对应的事件

3、Linux信号概述

3.1 发送信号

使用kill给其他进程发送信号，其定义如下：

#include<sys/types.h>
#include<signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);

该函数吧信号sig发送到进程pid。

参数说明：

• pid可能的取值如下：
  

• 对于sig：
  Linux定义的信号值都大于0，如果sig取值为0，kill不发送任何信号，但这种情况调用kill可用来检测目标进程或进程组是否存在，因为检查工作在信号发送前执行。
  
  不过这种检测方式是不靠谱的，一方面由于进程PID的回绕，可能导致被检测的PID不是我们期望的进程的PID；另一方面，这种检测方法不是原子操作。

返回值：

成功返回0，失败返回-1并设置errno。errno的可能值如下：

3.2 处理信号

目标信号收到信号时，要定义接收函数处理他。其原型如下：

#include<signal.h>
typedef void (*__sighandler_t)(int);

这是个自定义的函数指针，只含一个整型参数，该参数指明信号类型。信号处理函数应该是可重入的，否则容易引发竞态条件。在信号处理函数中严禁定义不安全的函数。

除了自定义信号处理函数，bits/signum.h头文件中定义了信号的两种其他处理方式：SIG_IGN 和SIG_DFL

#include<bits/signum.h>
#define SIG_DFL((__sighandler_t) 0)
#define SIG_IGN((__sighandler_t) 1)

SIG_IGN表示忽略目标信号，SIG_DFL表示使用信号的默认处理方式。信号的默认处理方式有如下几种：

Term	结束进程
Ign		忽略信号
Core	结束进程并生成核心传输文件
Stop	暂停进程
Cont	继续进程

3.3 Linux 信号

Linux 的可用信号都定义在 bits/signum.h头文件中，其中包括标准信号 和 POSIX实时信号。我们仅讨论标准信号，如下所示：

3.4 中断系统调用

某些信号可以在特定情况下中断系统调用。比如：程序在执行处于阻塞状态的系统调用时接收到信号，并且我们为该信号设置了信号处理函数，则默认情况下系统调用被中断，并且errno被设置为EINTR。我们可以使用sigaction函数（后面讲）为信号设置SA_RESTART标志，从而自动重启被该信号中断的系统调用。

对于默认行为是暂停进程的信号（比如SIGSTOP 、SIGTTIN），如果我们没有为他们设置信号处理函数，则它们也可以中断某些系统调用（比如：connect 、epoll_wait）。这是Linux独有的，POSIX没有规定这种行为。

4、信号函数

4.1 signal系统调用

signal能够为一个信号注册处理函数：

#include<signal.h>
_sighandler_t signal(int sig, _sighandler_t _handler);

sig参数是想要注册的信号，_handler参数是函数指针，他指向该信号的处理函数。

signal函数的行为是：给某个信号注册一个处理函数。真正捕捉信号的是Linux内核，内核捕捉到了该信号以后，调用我们注册的函数。所以，我们实际上不会主动调用_handler函数，这种 定义了的，但代码里没调用过的函数成为回调函数。

返回值说明

signal函数成功返回函数指针，他指向上一次给该信号注册的处理函数（也就是上一次调用signal时传入的_handler参数）。如果是第一次调用signal，则返回信号对应的默认处理函数指针SIG_DEF。

signal调用失败返回SIG_ERR，并设置errno。

4.2 sigaction系统调用

sigaction是注册信号处理函数的更健壮的接口：

#include<signal.h>
int sigaction(int sig, const struct sigaction* act, struct sigaction* oldact);

参数说明：

• sig仍然是想要注册的信号
• act参数是结构体指针，指向的结构体描述了该信号的处理方式
• oldact也是结构体指针，指向该信号先前的处理方式（如果不为NULL的话）。

sigaction结构体定义如下：

struct sigaction
{
	void 	 (*sa_handler)(int);	老朋友，指向信号处理函数的指针
	void 	 (*sa_sigaction)(int, siginfo_t*, void*);	这个参数不用管
	sigset_t sa_mask;
	int 	 sa_flags;
	void 	 (*sa_restorer)(void);	该参数已被废弃，不用管
};

① sa_mask： 是一个信号集，该信号集指定当前信号被处理期间所阻塞的信号集。也就是当你处理该信号处理了一半时，有其他的信号来了，是去套娃处理其他的信号呢，还是先阻塞其他信号，继续处理该信号。
注：该阻塞信号集仅在处理函数执行期间生效。

② sa_flags 设置程序收到信号时的行为，其值如下所示：

如果传入sa_flags的值为0，表示使用默认行为。默认行为是：当来了一个该信号，那么使用处理函数处理它，处理的途中，又来了一个该信号，那么不管前面的sa_mask里面有没有该信号，该信号都将被阻塞。直到第一个来的该信号处理完毕。

返回值说明：

成功返回0，失败返回-1并设置errno。

5、信号集

5.1 信号集

前面经常出现sigset_t类型的对象，他就是信号集，其定义如下：

#include<bits/sigset.h>
#define _SIGSET_NWORDS (1024 / (8 * sizeof(unsigned long int)))
typedef struct
{
	unsigned long int __val[_SIGSET_nwords];
}sigset_t;

有定义可知，sigset_t实际上是一个长整型数组，数组每个元素的每一位表示一个信号。这种定义方式可以类比文件描述符集fd_set。

5.2 操作信号集的函数

Linux提供如下函数置1，清0，或查询信号集：

#include<signal.h>
int sigemptyset(sigset_t* set);						将 set 的所有位全部清0，成功返回0，失败返回-1
int sigfillset(sigset_t* set);						将 set 的所有位全部置1，成功返回0，失败返回-1
int sigaddset(sigset_t* set, int signum);			将 set 的 signum 置1，即加入 signum，成功返回0，失败返回-1
int sigdelset(sigset_t* set, int signum);			将 set 的 signum 清0，即删除 signum，成功返回0，失败返回-1
int sigismember(const sigset_t* set, int signum);	查询 set 中的是否存在 signum，存在返回1，不存在返回0，错误返回-1

但是这些函数操作的仅仅是我们自己定义出来的信号集，和PCB中的阻塞信号集、未决信号集完全没有关系。不过，未决信号集由阻塞信号集来决定。那么问题就变成了：我们怎么用自己的信号集去影响阻塞信号集？

即答：使用如下函数：

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

该函数能供通过我们自己的信号集去改变阻塞信号集，既能用于阻塞信号，也能解除阻塞。

参数说明：

① set：
set就是我们自己的信号集，信号集中哪位为1，就表示想要更改阻塞信号集中的哪个信号的值。至于具体改成0还是1，要看第一个参数how。

② how：
该参数仅有三种取值：

SIG_BLOCK
SIG_UNBLOCK
SIG_SETMASK

第一个宏表示，把我们的信号集里面的信号设置为阻塞，即阻塞信号集里的相应位置1。
第二个宏表示，把我们的信号集里面的信号解除阻塞，即阻塞信号集里的响应为清0。
第三个宏表示，直接用我们的信号集 覆盖阻塞信号集。一般不推荐用这个。

③ oldset：
是个传出参数，保存旧的阻塞信号集（如果不为NULL的话）。

返回值说明：

成功返回0，失败返回-1并设置errno。

5.3 读取未决（挂起）信号集

既然未决信号集由阻塞信号集决定，那么我们也就没有必要改变未决信号集。那么总有办法读到未决信号集里的内容吧！

还真有：

int sigpending(sigset_t* set);

该函数很简单，就是把未决信号集读到传出参数set中。成功返回0，失败返回-1并设置errno。

6、统一事件源

统一事件源： 信号事件和其他I/O事件都使用相同的方式（epoll实现的多路复用）处理，就是统一事件源。

信号是一种异步事件：信号处理函数和程序的主函数是两条不同的执行路线。很显然，信号处理函数需要尽快执行完毕，从而保证后来到达的信号不被阻塞太久。

一种解决办法就是，把信号的主要处理逻辑放到程序的主循环中，而当信号处理函数被触发时，他只是简单的把接收到的信号值传递给主循环，主循环根据接收到的信号值执行相应逻辑代码。

信号处理函数通常使用管道将信号传递给主循环：信号处理函数把信号值写入管道，主循环从管道读出信号值。

那么主循环如何知道管道上何时有数据？使用I/O复用系统监听管道读端的可读事件即可。这样，信号事件就能像其他I/O事件一样被处理，即统一事件源。

这是一个服务器程序，它使用统一事件源的方式同时处理I/O和信号

7、网络编程相关信号

下面探讨三个和网络编程模切相关的信号。

7.1 SIGHUP

对于与终端脱离关系的守护进程（没有控制终端的后台进程），这个信号用于通知该进程重新读取配置文件。

比如，xinetd超级服务程序。
当xinetd程序在接收到SIGHUP信号之后调用hard_reconfig函数，它将循环读取/etc/xinetd.d/目录下的每个子配置文件（这些文件是xinetd服务的子服务的配置文件），并检测其变化。如果某个正在运行的子服务的配置文件被修改以停止服务，则xinetd主进程讲给该子服务进程发送SIGTERM信号来结束它。如果某个子服务的配置文件被修改以开启服务，则xinetd将创建新的socket并将其绑定到该服务对应的端口上。

7.2 SIGPIPE

默认情况，往读端关闭的管道或socket连接中写数据将引发SIGPIPE信号。程序接收到该信号的默认行为是结束进程，但我们通常不会想因为区区错误的写操作而导致进程结束，所以我们需要在代码中捕获并处理该信号，或至少忽略他。

还有一种办法是：使用send函数的MSG_NOSIGNAL标志来禁止写操作触发SIGPIPE信号。这时，需要使用send 函数反馈的errno值来判断管道或socket连接的读端是否已经关闭，向这样的读端调用写操作会设置errno为EPIPE。

还有一种办法：利用I/O复用系统调用检测管道和socket链接的读端是否已关闭。以poll为例，当管道的读端关闭时，写段文件描述符上的POLLHUP事件将被触发；当socket连接被对方关闭时，socket上的POLLRDHUP事件被触发。

7.3 SIGURG

内核使用SIGURG信号通知应用程序带外数据到达。内核通知带外数据到达的另一种方法是是I/O复用技术，对于select来说是异常事件，对于poll和epoll来说分别是：POLLPRI 和 EPOLLPRI。

这是一个服务器程序，使用SIGURG信号接收带外数据。

8、信号相关函数

8.1 alarm函数

#inlcude<unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

每隔seconds秒给当前进程发送一个SIGALRM信号。

返回上一次调用alarm定时剩余的秒数。没有失败。
例如：

alarm(5);	第一次调用返回0
刚过了2秒又调用
alarm(5);	这次调用返回3，因为上次调用还差3秒就到5秒

alarm(0);	这意思是取消闹钟

无论进程处于什么状态（就绪、运行、阻塞、暂停、终止、僵尸），alarm都会计时。

9、实例程序

9.1 定时器 与 信号相结合实现超时处理

这是一个服务器程序，使用定时器链表处理非活动socket连接，本程序中是直接将其关闭。