Linux 訊號機制詳解（二）

前面的詳解（一）已經詳細討論了訊號的種類，訊號產生的條件和訊號的阻塞訊號，基本上已經對訊號的處理方式有了一定的了解。今天我們繼續了解訊號的其他內容。

四。捕捉訊號

之前的訊號的處理中有提到過捕捉訊號，就是通過呼叫自定義的函式處理訊號

訊號捕捉舉例：

1. ⽤戶程式註冊了sigquit訊號的處理函式sighandler。

2. 當前正在執⾏main函式,這時發⽣中斷或異常切換到核心態。

3. 在中斷處理完畢後要返回⽤戶態的main函式之前檢查到有訊號sigquit遞達。

4. 核心決定返回⽤戶態後不是恢復main函式的上下⽂繼續執⾏,⽽是執⾏sighandler函

數,sighandler和main函式使⽤不同的堆疊空間,它們之間不存在調⽤和被調⽤的關係,

是兩個獨⽴的控制流程。

5. sighandler函式返回後⾃動執⾏特殊的系統調⽤sigreturn再次進⼊核心態。

6. 如果沒有新的訊號要遞達,這次再返回⽤戶態就是恢復main函式的上下⽂繼續執⾏了。

下面是一些訊號處理的函式使用方法：

（一）sigaction函式

#include int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct
sigaction *oact);

sigaction函式可以讀取和修改與指定訊號相關聯的處理動作。調⽤成功則返回0,出錯則返回- 1。 signo是指定訊號的編號。若act指標⾮空,則根據act修改該訊號的處理動作。

若oact指標⾮空,則通過oact傳出該訊號原來的處理動作。

當某個訊號的處理函式被調⽤時,核心⾃動將當前訊號加⼊程序的訊號遮蔽字,當訊號處理函式返回時⾃動恢復原來的訊號遮蔽字,這樣就保證了在處理某個訊號時,如果這種訊號再次產⽣,那麼它會被阻塞到當前處理結束為⽌。如果在調⽤訊號處理函式時,除了當前訊號被⾃動遮蔽之外,還希望⾃動遮蔽另外⼀些訊號,則⽤sa_mask欄位說明這些需要額外遮蔽的訊號,當訊號處理函式返回時⾃動恢復原來的訊號遮蔽字。

（二）pause函式

#include int pause(void);

pause函式使調⽤程序掛起直到有訊號遞達。如果訊號的處理動作是終⽌程序,則程序終⽌,pause函式沒有機會返回;如果訊號的處理動作是忽略,則程序繼續處於掛起狀態,pause不返回;如果訊號的處理動作是捕捉,則調⽤了訊號處理函式之後pause返回-1,errno設定為eintr, 所以pause只有出錯的返回值(想想以前還學過什麼函式只有出錯返回值?)。錯誤碼eintr表⽰「被訊號中斷」。

（三）可重入函式

當捕捉到訊號時,不論程序的主控制流程當前執⾏到哪⼉,都會先跳到訊號處理函式中執⾏,從訊號處理函式返回後再繼續執⾏主控制流程。訊號處理函式是⼀個單獨的控制流程,因為它和主控制流程是非同步的,⼆者不存在調⽤和被調⽤的關係,並且使⽤不同的堆疊空間。引⼊了訊號處理函式使得⼀個程序具有多個控制流程,如果這些控制流程訪問相同的全域性資源(全域性變數、硬體資源等),就有可能出現衝突。

如圖：

main函式調⽤insert函式向⼀個鍊錶head中插⼊節點node1,插⼊操作分為兩步,剛做完第⼀步的時候,因為硬體中斷使程序切換到核心,再次回⽤戶態之前檢查到有訊號待處理,於

是切換到sighandler函式,sighandler也調⽤insert函式向同⼀個鍊錶head中插⼊節點node2,插⼊操作的兩步都做完之後從sighandler返回核心態,再次回到⽤戶態就從main函式調⽤的insert函式中繼續往下執⾏,先前做第⼀步之後被打斷,現在繼續做完第⼆步。結果是,main函式和sighandler先後向鍊錶中插⼊兩個節點,⽽最後只有⼀個節點真正插⼊鍊錶中了。

像這樣,insert函式被不同的控制流程調⽤,有可能在第⼀次調⽤還沒返回時就再次進⼊該函數,這稱為重⼊,insert函式訪問⼀個全域性鍊錶,有可能因為重⼊⽽造成錯亂,像這樣的函式稱為不可重⼊函式,反之,如果⼀個函式只訪問⾃⼰的區域性變數或引數,則稱為可重⼊(reentrant) 函式。

（四）sig_atomic_t型別與volatile限定符

在上⾯的例⼦中,main和sighandler都調⽤insert函式則有可能出現鍊錶的錯亂,其根本原因在於,對全域性鍊錶的插⼊操作要分兩步完成,不是⼀個原⼦操作,假如這兩步操作必定會⼀起做完, 中間不可能被打斷,就不會出現錯亂了。

對於程式中存在多個執⾏流程訪問同⼀全域性變數的情況,volatile限定符是必要的,此外,雖然程序只有單⼀的執⾏流程,但是變數屬於以下情況之⼀的,也需要volatile限定:

1. 變數的記憶體單元中的資料不需要寫操作就可以⾃⼰發⽣變化,每次讀上來的值都可能不⼀樣

2. 即使多次向變數的記憶體單元中寫資料,只寫不讀,也並不是在做⽆⽤功,⽽是有特殊意義的什麼樣的記憶體單元會具有這樣的特性呢?肯定不是普通的記憶體,⽽是對映到記憶體位址空間的硬體暫存器,例如串⼜的接收暫存器屬於上述第⼀種情況,⽽傳送暫存器屬於上述第⼆種情況。sig_atomic_t型別的變數應該總是加上volatile限定符,因為要使⽤sig_atomic_t型別的理由也正是要加volatile限定符的理由。

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