3. 阻塞信号

3.1. 信号在内核中的表示

以上我们讨论了信号产生(Generation)的各种原因,而实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery),信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。进程可以选择阻塞(Block)某个信号。被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作。注意,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。信号在内核中的表示可以看作是这样的:

图 33.1. 信号在内核中的表示示意图

信号在内核中的表示示意图

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞和未决,还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,

  1. SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。

  2. SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。

  3. SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler

如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,将如何处理?POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。本章不讨论实时信号。从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。下一节将详细介绍信号集的各种操作。阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。

3.2. 信号集操作函数

sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的。

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);

函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含任何有效信号。函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表示该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。注意,在使用sigset_t类型的变量之前,一定要调用sigemptysetsigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddsetsigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。

3.3. sigprocmask

调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字。

#include <signal.h>

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

返回值:若成功则为0,若出错则为-1

如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出。如果set是非空指针,则更改进程的信号屏蔽字,参数how指示如何更改。如果osetset都是非空指针,则先将原来的信号屏蔽字备份到oset里,然后根据sethow参数更改信号屏蔽字。假设当前的信号屏蔽字为mask,下表说明了how参数的可选值。

表 33.1. how参数的含义

SIG_BLOCKset包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号,相当于mask=mask|set
SIG_UNBLOCKset包含了我们希望从当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号,相当于mask=mask&~set
SIG_SETMASK设置当前信号屏蔽字为set所指向的值,相当于mask=set

如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达。

3.4. sigpending

#include <signal.h>

int sigpending(sigset_t *set);

sigpending读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。调用成功则返回0,出错则返回-1。

下面用刚学的几个函数做个实验。程序如下:

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void printsigset(const sigset_t *set)
{
	int i;
	for (i = 1; i < 32; i++)
		if (sigismember(set, i) == 1)
			putchar('1');
		else
			putchar('0');
	puts("");
}

int main(void)
{
	sigset_t s, p;
	sigemptyset(&s);
	sigaddset(&s, SIGINT);
	sigprocmask(SIG_BLOCK, &s, NULL);
	while (1) {
		sigpending(&p);
		printsigset(&p);
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

程序运行时,每秒钟把各信号的未决状态打印一遍,由于我们阻塞了SIGINT信号,按Ctrl-C将会使SIGINT信号处于未决状态,按Ctrl-\仍然可以终止程序,因为SIGQUIT信号没有阻塞。

$ ./a.out 
0000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000(这时按Ctrl-C)
0100000000000000000000000000000
0100000000000000000000000000000(这时按Ctrl-\)
Quit (core dumped)