【c++】信号处理--signal、raise、sigaction的介绍

c++信号处理

HoveXb

2243人浏览 · 2022-08-12 16:32:19

HoveXb · 2022-08-12 16:32:19 发布

1.信号概述

信号 signal 可以理解为由操作系统传给程序（进程）的事件，用来通知程序发生了什么事件。signal.h 是处理信号的C++ 库，其定义了如下类型的信号：

编号	信号	备注
1	SIGHUP	本信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一session内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联.
2	SIGINT	程序终止(interrupt)信号, 在用户键入INTR字符(通常是Ctrl-C)时发出
3	SIGQUIT	和SIGINT类似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-)来控制. 进程在因收到SIGQUIT退出时会产生core文件, 在这个意义上类似于一个程序错误信号.
4	SIGILL	执行了非法指令. 通常是因为可执行文件本身出现错误, 或者试图执行数据段. 堆栈溢出时也有可能产生这个信号.
5	SIGTRAP	由断点指令或其它trap指令产生. 由debugger使用.
6	SIGABRT	程序自己发现错误并调用abort时产生.
6	SIGIOT	SIGABRT别名，在PDP-11上由iot指令产生, 在其它机器上和SIGABRT一样.
7	SIGBUS	非法地址, 包括内存地址对齐(alignment)出错. eg: 访问一个四个字长的整数, 但其地址不是4的倍数.
8	SIGFPE	在发生致命的算术运算错误时发出. 不仅包括浮点运算错误, 还包括溢出及除数为0等其它所有的算术的错误.
9	SIGKILL	用来立即结束程序的运行. 本信号不能被阻塞, 处理和忽略.
10	SIGUSR1	留给用户使用
11	SIGSEGV	试图访问未分配给自己的内存, 或试图往没有写权限的内存地址写数据.
12	SIGUSR2	留给用户使用
13	SIGPIPE	Broken pipe
14	SIGALRM	时钟定时信号, 计算的是实际的时间或时钟时间. alarm函数使用该信号.
15	SIGTERM	程序结束(terminate)信号, 与SIGKILL不同的是该信号可以被阻塞和处理. 通常用来要求程序自己正常退出. shell命令kill缺省产生这个信号.
17	SIGCHLD	子进程结束时, 父进程会收到这个信号.
18	SIGCONT	让一个停止(stopped)的进程继续执行. 本信号不能被阻塞. 可以用一个handler来让程序在由stopped状态变为继续执行时完成特定的工作. 例如, 重新显示提示符
19	SIGSTOP	停止(stopped)进程的执行. 注意它和terminate以及interrupt的区别:该进程还未结束, 只是暂停执行. 本信号不能被阻塞, 处理或忽略.
20	SIGTSTP	停止进程的运行, 但该信号可以被处理和忽略. 用户键入SUSP字符时(通常是Ctrl-Z)发出这个信号
21	SIGTTIN	当后台作业要从用户终端读数据时, 该作业中的所有进程会收到SIGTTIN信号. 缺省时这些进程会停止执行.
22	SIGTTOU	类似于SIGTTIN, 但在写终端(或修改终端模式)时收到.
23	SIGURG	有”紧急”数据或out-of-band数据到达socket时产生.
24	SIGXCPU	超过CPU时间资源限制. 这个限制可以由getrlimit/setrlimit来读取/改变
25	SIGXFSZ	超过文件大小资源限制.
26	SIGVTALRM	虚拟时钟信号. 类似于SIGALRM, 但是计算的是该进程占用的CPU时间.
27	SIGPROF	类似于SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括该进程用的CPU时间以及系统调用的时间.
28	SIGWINCH	窗口大小改变时发出.
29	SIGIO	文件描述符准备就绪, 可以开始进行输入/输出操作.
30	SIGPWR	Power failure

在ubuntu在可以运行kill -l 查看系统支持的信号类型。

2. 使用signal函数处理信号

当程序捕捉到操作系统提供的信号时，可以调用signal对相应信号进行处理，其函数原型为：

signal(registered signal, signal handler)

这个函数接收两个参数：第一个参数是要处理的信号类型；第二个参数描述了与信号关联的动作；

动作可以分为三类：
I. 默认处理：对信号进行该信号的系统默认处理，第二参数为 SIG_DFL。
II. 忽略信号：忽略该信号，第二参数为 SIG_IGN。
III. Function handler：指定处理函数，由该函数来处理，第二参数为函数指针。

例子1.：使用 signal() 函数捕获 SIGINT 信号，并指定处理函数输出相关信息

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>
 
using namespace std;
 
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
 
    // 清理并关闭
    // 终止程序  
 
   exit(signum);  
 
}
 
int main ()
{
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  
 
    while(1){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       sleep(1);
    }
 
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....

按 Ctrl+C 来中断程序，程序捕获信号，程序打印如下内容并退出：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

3. 使用raise函数生成信号

函数原型：

int raise (signal sig); //sig 是要发送的信号的编号

其中：sig 是要发送的信号的编号

例子：

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>
 
using namespace std;
 
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
 
    // 清理并关闭
    // 终止程序 
 
   exit(signum);  
 
}
 
int main ()
{
    int i = 0;
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  
 
    while(++i){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       if( i == 3 ){
          raise( SIGINT);
       }
       sleep(1);
    }
 
    return 0;
}

运行结果：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

4.sigaction函数

signal 函数的使用方法简单，但并不属于 POSIX 标准，在各类 UNIX 平台上的实现不尽相同，因此其用途受到了一定的限制。而 POSIX 标准定义的信号处理接口是 sigaction 函数，其接口头文件及原型如下：

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

◆ signum：要操作的信号。
◆ act：要设置的对信号的新处理方式。
◆ oldact：原来对信号的处理方式。
◆ 返回值：0 表示成功，-1 表示有错误发生。

结构体sigaction用来描述对信号的处理，定义如下：

 struct sigaction
 {
  void     (*sa_handler)(int);
  void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
  sigset_t  sa_mask;
  int       sa_flags;
  void     (*sa_restorer)(void);
 };

sa_handler：是一个函数指针，其含义与 signal 函数中的信号处理函数类似
sa_sigaction：是另一个信号处理函数，它有三个参数，可以获得关于信号的更详细的信息
sa_mask：用来指定在信号处理函数执行期间需要被屏蔽的信号，特别是当某个信号被处理时，它自身会被自动放入进程的信号掩码，因此在信号处理函数执行期间这个信号不会再度发生。
sa_flags：用来设置信号处理的其他相关操作，它可以是以下值的“按位或”组合：
◆ SA_RESTART：使被信号打断的系统调用自动重新发起。
◆ SA_NOCLDSTOP：使父进程在它的子进程暂停或继续运行时不会收到 SIGCHLD 信号。
◆ SA_NOCLDWAIT：使父进程在它的子进程退出时不会收到 SIGCHLD 信号，这时子进程如果退出也不会成为僵尸进程。
◆ SA_NODEFER：一般情况下，当信号处理函数运行时，内核将阻塞该给定信号。 SA_NODEFER标记使对信号的屏蔽无效，即在信号处理函数执行期间仍能发出这个信号。
◆ SA_RESETHAND：信号处理之后重新设置为默认的处理方式。
◆ SA_SIGINFO：使用 sa_sigaction 成员而不是 sa_handler 作为信号处理函数。

void show_handler(int sig)
{
    printf("I got signal %d\n", sig);
    int i;
    for(i = 0; i < 5; i++) 
   {
        printf("i = %d\n", i);
        sleep(1);
    }
}
 
int main(void)
{
    int i = 0;
    struct sigaction act, oldact;
    act.sa_handler = show_handler;
    sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);         //见注(1)
    act.sa_flags = SA_RESETHAND | SA_NODEFER; //见注(2)
    //act.sa_flags = 0;                      //见注(3)
 
    sigaction(SIGINT, &act, &oldact);
    while(1) 
   {
        sleep(1);
        printf("sleeping %d\n", i);
        i++;
    }
}

(1)如果在信号SIGINT(Ctrl + c)的信号处理函数show_handler执行过程中，本进程收到信号SIGQUIT(Crt+)，将阻塞该信号，直到show_handler执行结束才会处理信号SIGQUIT。
(2) SA_RESETHAND：信号处理之后重新设置为默认的处理方式;SA_NODEFER使对信号的屏蔽无效，即在信号处理函数执行期间仍能发出这个信号。
(2)如果不需要重置该给定信号的处理函数为缺省值；并且不需要阻塞该给定信号(无须设置sa_flags标志)，那么必须将sa_flags清零，否则运行将会产生段错误。但是sa_flags清零后可能会造成信号丢失！

参考：