防止信号处理失灵
作者：Danny Kalev
编译：MTT 工作室
原文出处：Preventing Glitches in Signal Processing
摘要：本文将剖析 ANSI <signal.h>库并示范如何使用其接口。进而讨论
POSIX 信号处理 API。
信号处理类似硬件中断。它们促使某个进程从当前的执行控制流程中跳出，以实现特定的行为，待特定处理完成后，再恢复到中断点继续执行。本文将剖析
ANSI <signal.h>库并示范如何使用其接口。然后，本文将进而讨论
POSIX 信号处理 API。默认情况下，某些信号导致进程终止。例如，试图存取进程不拥有的内存将触发 SIGSEGV
（“段故障”）信号，这时该信号会终止进程的执行。许多应用程序都有这个问题，这是我们不希望看到的。调试，仿真和事务处理系统必须处理这样的信号以便让进程继续执行。那么我们如何防止这种发生呢？
答案是安装一个处理器处理进来的信号并在发生时捕获它们
第一步：建立信号处理器
信号是内核传给某个进程的一个整数。当进程接收到信号，它便以以下方式之一响应：
忽略该信号；
让内核完成与该信号关联的默认操作；
捕获该信号，即让内核将控制传给信号处理例程，等信号处理例程执行完毕，然后又从中断的地方恢复程序的执行。
所谓信号处理例程是一个函数，当某个信号发生时，内核会自动调用该函数。signal()函数为给定的信号注册一个处理例程：typedef void (*handler)(void);
void * signal(int signum, handler);
第一个参数是信号编码。第二个参数用户定义的函数地址，当信号 signum 产生时，handler 所指向的函数被调用。
除了函数地址之外，第二个参数也可以是两个特殊的值：SIG_IGN 和 SIG_DFL。SIG_IGN 表示该信号应被忽略（注意：SIGKILL
和 SIGSTOP 在无论如何都是不能被阻塞、捕获或忽略的）；SIG_DFL 指示内核该信号产生时完成默认行为。
第二步：发信号
向某个进程发信号有三种方式：
进程通过条用 raise() 显式地发送信号给自己；
信号从另一个进程发送，比方说通过
kill() 系统调用或者
信号从内核发送。例如，当进程试图存取不属于自己的内存，或在系统关闭期间存取内存时；
第三步：产生和处理信号
下面程序注册 SIGTERM 处理器。然后产生一个 SIGTERM 信号，从而导致该处理器运行：
#include <csignal>
#include <iostream>
using namespace std;
void term(int sig)
{
//..necessary cleanup operations before terminating
cout << "handling signal no." <<sig <<endl;
}
int main()
{
signal(SIGTERM, term); // register a SIGTERM handler
raise(SIGTERM); // will cause term() to run
}
ANSI <signal.h> 的局限
当进入就绪状态的某个进程准备运行一个 SIGx 信号处理例程时又接收到另一个 SIGx
信号，这时会发生什么情况呢？一个方法是让内核中断该进程并再次运行该信号处理例程。为此，这个处理例程必须是可重入的（re-entrant）。但是，设计可重入的处理例程决非易事。ANSI
C 解决重现信号（recurring signals）问题的方法是在执行用户定义的处理例程前，将处理例程重置为 STG_DFL。这样做是有问题的。
当两个信号快速产生时，内核运行第一个信号的处理例程，而对第二个信号则进行默认处理，这样有可能终止该进程。
在过去的三十年中出现了几个可以信号处理框架，每一种框架对重现信号的处理问题提供了不同的解决方法。POSIX 信号 API
是其中最为成熟的和可移植的一个。
POSIX 信号
POSIX 信号处理函数操作一组打包在 sigset_t 数据类型中信号：
int sigemptyset(sigset_t * pset); 清除 pset 中的所有信号。
int sigfillset(sigset_t * pset); 用可获得的信号填充 pset。
int sigaddset(sigset_t * pset, int signum); 将 signum 添加到 pset。
int sigdelset(sigset_t * pset, int signum); 从 pset 中删除 signum。
int sigismember(const sigset_t * pset, int signum); 如果 signum 包含在
pset 中，则返回非零，否则返回 0。
Sigaction() 为特定的信号注册处理例程：
int sigaction(int signum, struct sigaction * act, struct sigaction *prev);
sigaction 结构描述内核处理 signum 的信息：struct sigaction
{
sighanlder_t sa_hanlder;
sigset_t sa_mask; // 阻塞信号的清单
unsigned long sa_flags; // 阻塞模式
void (*sa_restorer)(void); // 未使用
};
sa_hanlder 保存函数的地址，该函数带一个整型参数，没有返回值。它还可以是两个特别值之一：SIG_DFL 和 SIG_IGN。
额外特性
POSIX API 提供多种 ANSI 库中所没有的服务。其中包括阻塞进入的信号并获取当前未决信号。
阻塞信号
sigprocmask() 阻塞和取消阻塞信号：int sigprocmask(int mode, const sigset_t* newmask,sigset_t * oldmask);
mode 可取以下值之一：
SIG_BLOCK —— 将 newmask 中的信号添加到当前的信号挡板中。
SIG_UNBLOCK —— 从当前的信号挡板中删除 newmask 信号。
SIG_SETMASK —— 仅阻塞 newmask 中的信号。
获取未决信号
阻塞的信号处于等待状态，直到进程就绪接收它们。这样的信号被称为未决信号，可以通过调用 sigpending() 来获取。
int sigpending(sigset_t * pset);
Danny Kalev 是一名通过认证的系统分析师，专攻 C++ 和形式语言理论的软件工程师。1997 年到 2000
年期间，他是 C++ 标准委员会成员。最近他以优异成绩完成了他在普通语言学研究方面的硕士论文。
业余时间他喜欢听古典音乐，阅读维多利亚时期的文学作品，研究 Hittite、Basque 和 Irish Gaelic
这样的自然语言。其它兴趣包括考古和地理。Danny 时常到一些 C++ 论坛并定期为不同的 C++
网站和杂志撰写文章。他还在教育机构讲授程序设计语言和应用语言课程。
