详解sigaction「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

一、内核如何实现信号的捕捉

如果信号的处理动作是用户自定义函数，在信号递达时就调用这个函数，这称为捕捉信号。由于信号处理函数的代码是在用户空间的，处理过程比较复杂，举例如下：
1. 用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler。
2. 当前正在执行main函数，这时发生中断或异常切换到内核态。
3. 在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号SIGQUIT递达。
4. 内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行，而是执行sighandler函数，sighandler和main函数使用不同的堆栈空间，它们之间不存在调用和被调用的关系，是两个独立的控制流程。
5. sighandler函数返回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态。
6. 如果没有新的信号要递达，这次再返回用户态就是恢复main函数的上下文继续执行了。

上图出自ULK。

二、sigaction函数

#include <signal.h>

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

sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作。调用成功则返回0，出错则返回-1。signo是指定信号的编号。若act指针非空，则根据act修改该信号的处理动作。若oact指针非空，则通过oact传出该信号原来的处理动作。act和oact指向sigaction结构体：  struct sigaction {

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

将sa_handler赋值为常数SIG_IGN传给sigaction表示忽略信号，赋值为常数SIG_DFL表示执行系统默认动作，赋值为一个函数指针表示用自定义函数捕捉信号，或者说向内核注册了一个信号处理函数，该函数返回值为void，可以带一个int参数，通过参数可以得知当前信号的编号，这样就可以用同一个函数处理多种信号。显然，这也是一个回调函数，不是被main函数调用，而是被系统所调用。
当某个信号的处理函数被调用时，内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字，这样就保证了在处理某个信号时，如果这种信号再次产生，那么它会被阻塞到当前处理结束为止。如果在调用信号处理函数时，除了当前信号被自动屏蔽之外，还希望自动屏蔽另外一些信号，则用sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。

需要注意的是sa_restorer 参数已经废弃不用，sa_handler主要用于不可靠信号（实时信号当然也可以，只是不能带信息），sa_sigaction用于实时信号可以带信息(siginfo_t)，两者不能同时出现。sa_flags有几个选项，比较重要的有两个：SA_NODEFER 和 SA_SIGINFO，当SA_NODEFER设置时在信号处理函数执行期间不会屏蔽当前信号；当SA_SIGINFO设置时与sa_sigaction 搭配出现，sa_sigaction函数的第一个参数与sa_handler一样表示当前信号的编号，第二个参数是一个siginfo_t 结构体，第三个参数一般不用。当使用sa_handler时sa_flags设置为0即可。

siginfo_t {

              int      si_signo;    /* Signal number */
              int      si_errno;    /* An errno value */
              int      si_code;     /* Signal code */
              int      si_trapno;   /* Trap number that caused
                                       hardware-generated signal
                                       (unused on most architectures) */
              pid_t    si_pid;      /* Sending process ID */
              uid_t    si_uid;      /* Real user ID of sending process */
              int      si_status;   /* Exit value or signal */
              clock_t  si_utime;    /* User time consumed */
              clock_t  si_stime;    /* System time consumed */
              sigval_t si_value;    /* Signal value */
              int      si_int;      /* POSIX.1b signal */
              void    *si_ptr;      /* POSIX.1b signal */
              int      si_overrun;  /* Timer overrun count; POSIX.1b timers */
              int      si_timerid;  /* Timer ID; POSIX.1b timers */
              void    *si_addr;     /* Memory location which caused fault */
              long     si_band;     /* Band event (was int in
                                       glibc 2.3.2 and earlier) */
              int      si_fd;       /* File descriptor */
              short    si_addr_lsb; /* Least significant bit of address
                                       (since kernel 2.6.32) */
          }

需要注意的是并不是所有成员都在所有信号中存在定义，有些成员是共用体，读取的时候需要读取对某个信号来说恰当的有定义的部分。

下面用sigaction函数举个小例子：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/signal$ ./sigaction 
^Crev sig=2
^Crev sig=2
^Crev sig=2

………………………

即按下ctrl+c 会一直产生信号而被处理打印recv语句。

其实我们在前面文章说过的signal 函数是调用sigaction 实现的，而sigaction函数底层是调用 do_sigaction() 函数实现的。可以自己实现一个my_signal 函数，如下：

输出测试的一样的，需要注意的是 signal函数成功返回先前的handler，失败返回SIG_ERR。而sigaction 是通过oact 参数返回先前的handler，成功返回0，失败返回-1。

下面再举个小例子说明sa_mask 的作用：

先按下ctrl+c ，然后马上ctrl+，程序是不会马上终止的，即等到handler处理完毕SIGQUIT信号才会抵达。

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/signal$ ./sa_mask 
^Crev sig=2
^
5s过后接着才输出Quit (core dumped)，即在信号处理函数执行期间sa_mask集合中的信号被阻塞直到运行完毕。

sa_flags 和 sa_sigaction 参数的示例看这里。