C++ Signal(信号)

• 信号机制是进程之间相互传递消息的一种方法，信号全称为软中断信号，也有人称软中断。从它的命名可以看出，它的实质和使用很像中断，所有，信号可以说是进程控制的一部分。
• 信号signal处理是Linux程序的一个特色，用信号处理来模拟操作系统的中断功能。
• #include <csignal> 或 #include <signal.h> 是处理信号的C-library。

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1. 什么是信号

• #include <csignal> 或 #include <signal.h> 是处理信号的C-library。该库包含 signal 与 raise 两个功能函数。
    I. 函数 signal 用于捕获信号，可指定信号处理的方式。
    II. 函数 raise产生一个信号，并向当前正在执行的程序发送该信号。

 

• 信号 signal 可以理解为由操作系统传给程序（进程）的事件，只是用来通知程序发生了什么事件，并不会传递给该进程任何数据.
• 信号是一种中断，因为它可以改变程序的流程。当信号传递给进程时，进程将停下其正在执行的操作，并去处理或忽略该信号 异步事件。

   异步事件 - 查看信号的方式是一种处理异步事件的机制。
    ▶ 当程序通过 signal 函数捕获信号后，若 signal 函数第二参数为函数指针，则调用signal 函数的程序会阻塞（暂停在 signal 函数这句），直至异步线程（进入函数指针）return。程序将从暂停点恢复执行。
    ▶ 此外，进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。

• C++ signum.h 中通过 #define 定义了以下信号
  

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2. 函数 signal

• 函数signal 用于捕获信号，可指定信号处理的方式，函数声明如下：

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

第一个参数 sig 指明了所要处理的信号类型，它可以取除了SIGKILL和SIGSTOP外的任何一种信号。
第二个参数描述了与信号关联的动作，下面将会对这三个参数进行讲解。

• 当程序收到信号的进程对各种信号有不同的处理方法。处理方法可以分为三类：
      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 。
• 若signal函数中第二参数（函数指针）中通过 raise发出与signal函数对应信号类型相同的信号。程序将在signal函数这成为死循环，自己发信号，自己捕获，进程暂停。

 

2.1 默认处理-SIG_DFL

• SIG_DFL 对信号进行该信号的系统默认处理。

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <csignal>
#include <thread>

using namespace std;
int main() {
    
    
    
    signal(SIGINT, SIG_DFL);
    while(1){
    
    
        std::this_thread::sleep_for (std::chrono::seconds(1));
        std::cout << "hello world!" << endl;
    }
    return 0;
}

hello world!
hello world!
hello world!
^C

• 该程序包含一个死循环，循环内以一秒为间隔 打印语句。
• SIGINT信号代表由InterruptKey产生，通常是CTRL +C 。执行上述代码时，按下CTRL + C 后程序退出。

 

2.2 忽略信号-SIG_IGN

• SIG_IGN 表示忽略该信号。

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <csignal>
#include <thread>

using namespace std;
int main() {
    
    
    
    signal(SIGINT, SIG_IGN);
    while(1){
    
    
        std::this_thread::sleep_for (std::chrono::seconds(1));
        std::cout << "hello world!" << endl;
    }
    return 0;
}

hello world!
hello world!
^Chello world!
^CChello world!
^Chello world!
hello world!
^\退出 (核心已转储)

• 该程序包含一个死循环，循环内以一秒为间隔 打印语句。
• SIGINT信号代表由InterruptKey产生，通常是CTRL +C 。执行上述代码时，按下CTRL + C 后程序没有反应。
• 如果我们想结束该程序可以按下CTRL +\，CTRL +\ 组合键会产生SIGQUIT信号，此信号并没有被忽略。

 

2.3 自定义函数

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

• 第二参数为 函数指针 ：当signal函数捕获信号后，通过指定函数进行处理。
• PS: 此函数必须在 signal() 被调用前申明。

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <csignal>
#include <thread>

using namespace std;

using namespace std;
void signalHandler( int signum ) {
    
    
    std::cout << "我来处理！" << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for (std::chrono::seconds(5));
}

int main() {
    
    
    
    signal(SIGINT, signalHandler);			// 捕获 SIGINT
    std::this_thread::sleep_for (std::chrono::seconds(2));
        
    std::cout << "程序结束." << endl;
    
    return 0;
}

^C我来处理！
程序结束.

• 该程序声明了信号类型为 SIGINT 的signal函数，用于捕获 SIGINT信号。SIGINT信号代表由InterruptKey产生，通常是CTRL +C
• 当什么都不做时，程序会正常运行到结束。
• 如果在程序结束前按下CTRL +C ，函数捕获SIGINT信号，进入signalHandler函数，mian函数阻塞，直至signalHandler函数运行结束，mian函数打印后程序结束。

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3. 函数 raise

• 函数raise 产生一个信号sig，并向当前正在执行的程序发送信号sig，其声明如下：

int raise (int sig);

• 重点： 值得注意的是，raise发出的信号，可被当前进程中同类型型号的signal函数捕获。

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <csignal>
#include <thread>

using namespace std;
void signalHandler( int signum ) {
    
    
    std::cout << "我来处理！" << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    
    raise(SIGQUIT);                     // 3. 退出程序
}

int main() {
    
    
    
    signal(SIGINT, signalHandler);      // 1. signal函数，用于捕获 SIGINT 信号
    int i=0;

    while(++i){
    
    
        std::cout << "keep run...." << i << std::endl;
        if( i == 3 )
            raise(SIGINT);              // 2. raise, 发送SIGINT 信号
    }
    
    return 0;
}

keep run…1
keep run…2
keep run…3
我来处理！
退出 (核心已转储)

• 可以看出当signal捕获信号后，main函数对应的程序暂停，不再打印。
• 本测试中signalHandler()发出 SIGQUIT信号，进程结束。

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4. 其他信号

• linux系统下，运行命令 kill -l 可以看到Linux支持的信号列表。
  

• 一些常用的Signal 如下：

    Signal		Description
    SIGALRM		用alarm函数设置的timer超时或setitimer函数设置的interval timer超时
    SIGBUS		某种特定的硬件异常，通常由内存访问引起
    SIGCANCEL		由Solaris Thread Library内部使用，通常不会使用
    SIGCHLD		进程Terminate或Stop的时候，SIGCHLD会发送给它的父进程。缺省情况下该Signal会被忽略
    SIGCONT		当被stop的进程恢复运行的时候，自动发送
    SIGEMT		和实现相关的硬件异常
    SIGFPE		数学相关的异常，如被0除，浮点溢出，等等
    SIGFREEZE		Solaris专用，Hiberate或者Suspended时候发送
    SIGHUP		发送给具有Terminal的Controlling Process，当terminal 被disconnect时候发送
    SIGILL		非法指令异常
    SIGINFO		BSD signal。由Status Key产生，通常是CTRL+T。发送给所有Foreground Group的进程
    SIGINT		由Interrupt Key产生，通常是CTRL+C或者DELETE。发送给所有ForeGround Group的进程
    SIGIO			异步IO事件
    SIGIOT		实现相关的硬件异常，一般对应SIGABRT
    SIGKILL		无法处理和忽略。中止某个进程
    SIGLWP		由Solaris Thread Libray内部使用
    SIGPIPE		在reader中止之后写Pipe的时候发送
    SIGPOLL		当某个事件发送给Pollable Device的时候发送
    SIGPROF		Setitimer指定的Profiling Interval Timer所产生
    SIGPWR		和系统相关。和UPS相关。
    SIGQUIT		输入Quit Key的时候（CTRL+\）发送给所有Foreground Group的进程
    SIGSEGV		非法内存访问
    SIGSTKFLT		Linux专用，数学协处理器的栈异常
    SIGSTOP		中止进程。无法处理和忽略。
    SIGSYS		非法系统调用
    SIGTERM		请求中止进程，kill命令缺省发送
    SIGTHAW		Solaris专用，从Suspend恢复时候发送
    SIGTRAP		实现相关的硬件异常。一般是调试异常
    SIGTSTP		Suspend Key，一般是Ctrl+Z。发送给所有Foreground Group的进程
    SIGTTIN		当Background Group的进程尝试读取Terminal的时候发送
    SIGTTOU		当Background Group的进程尝试写Terminal的时候发送
    SIGURG		当out-of-band data接收的时候可能发送
    SIGUSR1		用户自定义signal 1
    SIGUSR2		用户自定义signal 2
    SIGVTALRM		setitimer函数设置的Virtual Interval Timer超时的时候
    SIGWAITING	Solaris Thread Library内部实现专用
    SIGWINCH		当Terminal的窗口大小改变的时候，发送给Foreground Group的所有进程
    SIGXCPU		当CPU时间限制超时的时候
    SIGXFSZ		进程超过文件大小限制
    SIGXRES		Solaris专用，进程超过资源限制的时候发