一、內核如何實現信號的捕捉
如果信號的處理動作是用戶自定義函數，在信號遞達時就調用這個函數，這稱為捕捉信號。由於信號處理函數的代碼是在用戶空間的，處理過程比較復雜，舉例如下：
1. 用戶程序注冊了SIGQUIT信號的處理函數sighandler。
2. 當前正在執行main函數，這時發生中斷或異常切換到內核態。
3. 在中斷處理完畢後要返回用戶態的main函數之前檢查到有信號SIGQUIT遞達。
4. 內核決定返回用戶態後不是恢復main函數的上下文繼續執行，而是執行sighandler函數，sighandler和main函數使用不同的堆棧空間，它們之間不存在調用和被調用的關系，是兩個獨立的控制流程。
5. sighandler函數返回後自動執行特殊的系統調用sigreturn再次進入內核態。
6. 如果沒有新的信號要遞達，這次再返回用戶態就是恢復main函數的上下文繼續執行了。
上圖出自ULK。
二、sigaction函數
#include <signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);
sigaction函數可以讀取和修改與指定信號相關聯的處理動作。調用成功則返回0，出錯則返回-1。signo是指定信號的編號。若act指針非空，則根據act修改該信號的處理動作。若oact指針非空，則通過oact傳出該信號原來的處理動作。act和oact指向sigaction結構體： struct sigaction {
void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
};
將sa_handler賦值為常數SIG_IGN傳給sigaction表示忽略信號，賦值為常數SIG_DFL表示執行系統默認動作，賦值為一個函數指針表示用自定義函數捕捉信號，或者說向內核注冊了一個信號處理函數，該函數返回值為void，可以帶一個int參數，通過參數可以得知當前信號的編號，這樣就可以用同一個函數處理多種信號。顯然，這也是一個回調函數，不是被main函數調用，而是被系統所調用。
當某個信號的處理函數被調用時，內核自動將當前信號加入進程的信號屏蔽字，當信號處理函數返回時自動恢復原來的信號屏蔽字，這樣就保證了在處理某個信號時，如果這種信號再次產生，那麼它會被阻塞到當前處理結束為止。如果在調用信號處理函數時，除了當前信號被自動屏蔽之外，還希望自動屏蔽另外一些信號，則用sa_mask字段說明這些需要額外屏蔽的信號，當信號處理函數返回時自動恢復原來的信號屏蔽字。
需要注意的是sa_restorer 參數已經廢棄不用，sa_handler主要用於不可靠信號（實時信號當然也可以，只是不能帶信息），sa_sigaction用於實時信號可以帶信息(siginfo_t)，兩者不能同時出現。sa_flags有幾個選項，比較重要的有兩個：SA_NODEFER 和 SA_SIGINFO，當SA_NODEFER設置時在信號處理函數執行期間不會屏蔽當前信號；當SA_SIGINFO設置時與sa_sigaction 搭配出現，sa_sigaction函數的第一個參數與sa_handler一樣表示當前信號的編號，第二個參數是一個siginfo_t 結構體，第三個參數一般不用。當使用sa_handler時sa_flags設置為0即可。
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) */
}
需要注意的是並不是所有成員都在所有信號中存在定義，有些成員是共用體，讀取的時候需要讀取對某個信號來說恰當的有定義的部分。
下面用sigaction函數舉個小例子：
/*************************************************************************
> File Name: process_.c
> Author: Simba
> Mail: [email protected]
> Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
void handler(int sig);
int main(int argc, char *argv[])
{
struct sigaction act;
act.sa_handler = handler;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;
if (sigaction(SIGINT, &act, NULL) < 0)
ERR_EXIT("sigaction error");
for (; ;)
pause();
return 0;
}
void handler(int sig)
{
printf("rev sig=%d\n", sig);
}
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/signal$ ./sigaction
^Crev sig=2
^Crev sig=2
^Crev sig=2
...........................
即按下ctrl+c 會一直產生信號而被處理打印recv語句。
其實我們在前面文章說過的signal 函數是調用sigaction 實現的，而sigaction函數底層是調用 do_sigaction() 函數實現的。可以自己實現一個my_signal 函數，如下：
/*************************************************************************
> File Name: process_.c
> Author: Simba
> Mail: [email protected]
> Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
void handler(int sig);
/* 系統調用signal()實際上調用了sigaction() */
__sighandler_t my_signal(int sig, __sighandler_t handler);
int main(int argc, char *argv[])
{
my_signal(SIGINT, handler);
for (; ;)
pause();
return 0;
}
__sighandler_t my_signal(int sig, __sighandler_t handler)
{
struct sigaction act;
struct sigaction oldact;
act.sa_handler = handler;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;
if (sigaction(sig, &act, &oldact) < 0)
return SIG_ERR;
return oldact.sa_handler; // 返回先前的處理函數指針
}
void handler(int sig)
{
printf("rev sig=%d\n", sig);
}
輸出測試的一樣的，需要注意的是 signal函數成功返回先前的handler，失敗返回SIG_ERR。而sigaction 是通過oact 參數返回先前的handler，成功返回0，失敗返回-1。
下面再舉個小例子說明sa_mask 的作用：
/*************************************************************************
> File Name: process_.c
> Author: Simba
> Mail: [email protected]
> Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
void handler(int sig);
int main(int argc, char *argv[])
{
struct sigaction act;
act.sa_handler = handler;
sigemptyset(&act.sa_mask);
sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT); // 在信號處理函數執行期間屏蔽SIGQUIT信號，完畢後會抵達
/* 注意sigprocmask中屏蔽的信號是一直不能抵達的，除非解除了阻塞*/
act.sa_flags = 0;
if (sigaction(SIGINT, &act, NULL) < 0)
ERR_EXIT("sigaction error");
for (; ;)
pause();
return 0;
}
void handler(int sig)
{
printf("rev sig=%d\n", sig);
sleep(5);
}
先按下ctrl+c ，然後馬上ctrl+\，程序是不會馬上終止的，即等到handler處理完畢SIGQUIT信號才會抵達。
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/signal$ ./sa_mask
^Crev sig=2
^\
5s過後接著才輸出Quit (core dumped)，即在信號處理函數執行期間sa_mask集合中的信號被阻塞直到運行完畢。
sa_flags 和 sa_sigaction 參數的示例看這裡：http://blog.csdn.net/simba888888/article/details/8947652
