C语言中的信号量

信号是操作系统中用来传递特定消息的机制。操作系统可以使用这种方式将程序运行过程中发生的各类特殊情况发送给程序，并按照其指定的逻辑进行处理。信号名称都以 “SIG” 作为前缀，如程序访问非法内存时，会产生名为 SIGSEGV 的信号。

程序需要告诉操作系统当某个信号到来时，应该怎样处理。在操作系统中， 信号是一种软中断。

中断是指 CPU 暂停当前正在进行的活动并保存相应状态，然后转去执行某个具体的中断服务程序，以响应外部环境变化的过程。在执行完中断服务程序后，一般情况下，CPU 将继续执行之前暂停的任务。

按中断的触发方式分为硬件中断与软件中断。硬件中断直接由硬件触发，如磁盘完成了某次由用户程序指定的 IO 操作后，就会通过硬件中断的方式来通知 CPU 这一消息，并让 CPU 进行后续的处理。在这个过程中，CPU 执行流程从用户应用程序的某行机器指令，转移到磁盘中断处理程序的机器指令。软件中断则是指由计算机软件通过 int 等机器指令引起的 CPU 执行流程的临时转移过程。如系统调用便是其中的一种。

当特定事件（比如程序访问非法内存）发生时，操作系统会将对应的信号值（SIGSEGV）发送给相关程序。此时，如果应用程序并未设置自定义的信号处理程序，则操作系统将会执行默认信号处理程序中的逻辑，一般是直接终止当前程序的运行。在信号处理的过程中， CPU 从用户程序到信号处理程序的执行流程转移。所以说信号也是一种“软中断”。

C 标准库为我们提供了 signal.h 的头文件，用来支持信号的相关功能。

#include <stdio.h>
#include <threads.h>
#include <stdatomic.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>#define THREAD_COUNT 10
#define THREAD_LOOP 10000
//针对信号 SIGSEGV 的自定义处理逻辑。
void signalHandler(int signal){printf("error!SIGSEGV!\n");exit(signal);
}_Thread_local int counter = 0;
int run(void *arg){for(int i = 0; i < THREAD_LOOP; i++){counter++;}return counter;
}int main(void){
#ifndef __STDC_NO_THREADS__//使用标准库提供的 signal 函数，为当前程序设置了一段针对信号 SIGSEGV 的自定义处理逻辑signal(SIGSEGV,signalHandler);int sum = 0;int result = 0;thrd_t threads[THREAD_COUNT];for(int i = 0; i < THREAD_LOOP; i++){ // 实际上只有10个线程，我们让其访问非法内存thrd_create(&threads[i],run,NULL);}for(int i = 0; i < THREAD_LOOP; i++){thrd_join(threads[i],&result);sum += result;}printf("value is %d.\n",sum);
#endifreturn 0;
}

~/Desktop$ vim sha.c
~/Desktop$ gcc sha.c -o sha
~/Desktop$ ./sha
error!SIGSEGV!

当上述程序访问了非法内存，操作系统便会将信号 SIGSEGV 发送给当前进程，并之前通过 signal 函数注册的信号处理信息，调用用户自定义或默认的信号处理函数。

信号处理函数的调用过程是由来自操作系统内核的软中断触发的。信号处理程序执行完毕后，若程序未退出，则将程序执行恢复到之前的中断点

C 标准库一共提供了 6 种不同类型的信号，它们均以宏常量的形式被定义：

• SIGABRT ：程序异常终止，调用abort函数处理
• SIGFPE：算术运算异常，如除零
• SIGILL：程序执行了非法硬件指令
• SIGINT：程序遇到终端中断信号，如在terminal按Ctrl+C来终止程序执行
• SIGSEGV：非法访问无效内存引用，如访问未初始化的指针
• SIGTERM：终止信号
  除了上述标准库支持的信号，其实也支持某些非C标准信号，使用之前要确保程序所运行的操作系统支持这些非C标准信号。
  信号处理函数原型需要满足 void (*handler) (int) 这样一种形式，即接收一个整型的信号值，但不返回任何内容（void），如：

void signalHandler(int signal){printf("error!SIGSEGV!\n");exit(signal);
}

除了自定义信号处理函数的方式外，C 标准库提供了两种基本的信号处理方式。它们以宏的形式被定义，可以直接作为 signal 函数的第二个参数来使用。

• SIG_DFL：使用默认的信号处理函数
• SIG_IGN：忽略该信号

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
int main(void) {signal(SIGTERM, SIG_IGN);  // 忽略信号 SIGTERM；raise(SIGTERM);  // 向当前程序发送 SIGTERM 信号；printf("Reachable!\n");  // Reachable code!return 0;
}

上述程序使用了标准库提供的 raise 函数，直接向当前程序发送SIGTERM终止信号。程序收到这个信号后并不会被终止，因为我们为信号 SIGTERM 设置了 SIG_IGN 作为它的处理方式，这个方式是忽略此信号。