Linux系统编程之高级信号处理

概述

        在前一篇文章中，我们介绍了signal函数、sigaction函数等基本的信号处理方法。在本篇中，我们将介绍信号处理的一些高级用法，包括：阻塞与解除阻塞、定时器等。

阻塞与解除阻塞

        有时候，我们不希望某个信号立即被处理，而是暂时将其阻塞起来。此时，可以使用sigprocmask函数来修改当前进程的信号掩码，从而达到阻塞或解除阻塞的效果，这对于确保多线程环境中信号的安全处理非常重要。

        sigprocmask函数的原型如下。

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

        各个参数和返回值的含义如下。

        how：决定了如何修改信号掩码，必须是以下三个宏之一。

        （1）SIG_BLOCK：新的信号集将被添加到当前的信号掩码中，即这些信号将会被阻塞。

        （2）SIG_UNBLOCK：新的信号集中的信号将从当前的信号掩码中移除，即这些信号将不再被阻塞。

        （3）SIG_SETMASK：当前的信号掩码将被新的信号集完全替换。

        set：指向sigset_t类型的指针，这个集合包含了要修改的信号。如果为NULL，则不会修改信号掩码，但oldset将包含当前的信号掩码。

        oldset：如果不是NULL，它指向的对象将被设置为函数调用之前的信号掩码。这可以用来保存当前的信号掩码，以便之后恢复。

        返回值：成功时返回0，失败时返回-1，并设置errno以指示具体的错误原因。

        sigset_t是C语言中的一个数据类型，被用来表示信号集。下面这些常用函数，可以允许我们初始化、修改和检查sigset_t类型的变量。

        sigemptyset(sigset_t *set)：初始化信号集为空，即不包含任何信号。

        sigfillset(sigset_t *set)：初始化信号集为包含所有可能的信号。

        sigaddset(sigset_t *set, int signum)：向信号集中添加一个指定的信号。

        sigdelset(sigset_t *set, int signum)：从信号集中删除一个指定的信号。

        sigismember(const sigset_t *set, int signum)：检查指定的信号是否属于给定的信号集。若信号存在于集合中则返回1，否则返回0。若出错，则返回-1。

        在下面的示例代码中，我们先阻塞了SIGINT信号，然后对SIGINT信号解除了阻塞。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>void BlockSignal(int signum)
{sigset_t set;、// 初始化信号集为空sigemptyset(&set);// 添加信号到集合sigaddset(&set, signum);sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);
}void UnblockSignal(int signum)
{sigset_t set;sigemptyset(&set);sigaddset(&set, signum);sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);
}int main()
{int signum = SIGINT;BlockSignal(signum);printf("Signal %d is now blocked\n", signum);// 其他代码...UnblockSignal(signum);printf("Signal %d is now unblocked\n", signum);return 0;
}

定时器

        SIGALRM是Linux系统中的一个信号，用于通知进程定时器到期。当使用alarm函数或setitimer函数设置的定时器超时时，系统便会向进程发送SIGALRM信号。

        1、alarm函数。设置一个一次性的计时器，在指定的秒数后，会发送SIGALRM给进程。

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

        各个参数和返回值的含义如下。

        seconds：希望在多少秒后接收到SIGALRM信号的时间间隔。如果为零，则不会安排新的SIGALRM信号，并且任何之前设置的未决SIGALRM信号都会被取消。

        返回值：如果之前已经设置了定时器，会返回剩余到前一个定时器触发的时间，以秒为单位。如果没有之前的定时器，它将返回0。

        2、setitimer函数。提供更细粒度的控制，可以设置间隔定时器，指定不同的定时器类型，并且可以配置为周期性触发。

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

        各个参数和返回值的含义如下。

        which：指定要设置的定时器类型，可取的值如下。

        （1）ITIMER_REAL：发送SIGALRM信号时，基于实际墙钟时间。

        （2）ITIMER_VIRTUAL：当进程执行时发送SIGVTALRM信号，只计算用户模式下的CPU时间。

        （3）ITIMER_PROF：当进程执行或在系统调用中，等待时发送SIGPROF信号，用于性能分析，既计算用户模式又计算内核模式下的CPU时间。

        new_value：指向itimerval结构体的指针，定义了新的定时器值。这个结构体包含两个timeval结构体成员。

        （1）it_value：下次定时器到期前的时间量。当这个值达到零时，定时器将被触发，并根据it_interval重新加载。

        （2）it_interval：定时器到期后的重装值，即每次触发后重新开始计时的时间间隔。如果为零，则定时器仅触发一次。

        old_value：如果不是NULL，则指向itimerval结构体，用来保存之前的定时器设置。

        返回值：成功时返回0，失败时返回-1，并设置errno以指示具体的错误原因。

        默认情况下，接收到SIGALRM信号会导致进程终止。我们可以通过调用signal或sigaction函数来安装自定义的信号处理程序，从而改变这种行为。

        在下面的示例代码中，我们首先设置了SIGALRM信号的处理器。然后，使用alarm函数来设定一个6秒的定时器。当定时器到期时，SIGALRM信号被发送给进程，我们的自定义处理器将会被调用。之后，程序将继续执行。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>void OnHandleAlarm(int signum)
{if (signum == SIGALRM){printf("Alarm signal received\n");}
}int main()
{// 安装SIGALRM信号处理器if (signal(SIGALRM, OnHandleAlarm) == SIG_ERR){printf("signal failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}// 设置一个6秒的定时器alarm(6);printf("Waiting for the alarm...\n");// 暂停，直到接收到信号pause();printf("Program continues after alarm\n");return 0;
}

        如果需要更高精度的时间间隔，或希望定时器能够重复触发，可以使用setitimer函数代替alarm函数。在接下来的示例代码中，我们设置了SIGALRM信号处理器，并通过setitimer函数配置了一个定时器。该定时器会在1秒后首次触发，然后每隔1秒再次触发。每当定时器到期时，OnHandleAlarm函数就会被执行。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>void OnHandleAlarm(int signum)
{if (signum == SIGALRM){printf("Timer expired\n");}
}int main()
{// 设置SIGALRM的处理函数signal(SIGALRM, OnHandleAlarm);// 配置定时器：首次触发时间为1秒，之后每隔1秒触发一次struct itimerval timer;// 第一次触发的时间timer.it_value.tv_sec = 1;timer.it_value.tv_usec = 0;// 每次触发后，重新开始计时的时间间隔timer.it_interval.tv_sec = 1;timer.it_interval.tv_usec = 0;// 设置ITIMER_REAL定时器setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL);printf("Waiting for the timer...\n");// 让程序持续运行，并响应定时器信号while(1){pause();}return 0;
}