简单的 Linux 信号处理答案

【问题标题】：Simple Linux Signal Handling简单的 Linux 信号处理
【发布时间】：2013-07-30 07:19:41
【问题描述】：

我有一个程序可以创建许多线程并运行直到嵌入式计算机关闭电源，或者用户使用 kill 或 ctrlc 来终止过程。

这是一些代码以及 main() 的外观。

static int terminate = 0;  // does this need to be volatile?

static void sighandler(int signum) { terminate = 1; }

int main() {
  signal(SIGINT, sighandler);
  // ...
  // create objects, spawn threads + allocate dynamic memory
  // ...
  while (!terminate) sleep(2);
  // ...
  // clean up memory, close threads, etc.
  // ...
  signal(SIGINT, SIG_DFL);  // is this necessary?
}

我想知道一些事情：

是否需要任何信号处理？
我在这个线程"Linux C catching kill signal for graceful termination" 中读到，显然操作系统将为我处理清理工作。因此，我可以只用一个无限循环替换信号处理程序，让操作系统优雅地退出线程、取消分配内存等吗？
关于干净终止，我是否需要关注其他任何信号？这个线程"How does SIGINT relate to the other termination signals?"，对于列出我可能关心的所有信号很有用，但实际需要处理的信号有多少？
我的示例中的终止变量是否必须是可变的？我见过很多例子，这个变量是 volatile 的，还有一些不是。
我了解到 signal() 现在已弃用，可以使用 sigaction()。有没有很好的例子来展示如何从之前的signal() 调用转换？我对必须创建/传递的新结构以及它们如何组合在一起遇到了问题。
是否需要第二次致电signal()？
对于sigaction()，我需要关注类似的事情吗？

明确地说，我要完成的所有工作就是让我的主循环运行，直到 ctrlc 或电源断开或发生非常糟糕的事情。

【问题讨论】：

关于清理，系统无法进行一些清理。一个例子是，如果您通过串行端口进行通信，那么您可能需要发送一个特殊的“再见”消息来告诉另一端您要离开了。
是的，但这不是告诉对方我已经离开的一种不可靠的方法吗？例如，如果 SIGKILL 命中进程，则我无能为力，或者没有可以放置的处理程序，因为没有处理程序可以映射到 SIGKILL... 对于某些应用程序，尽管我可以看到为什么这是有用的。对于我来说，我只需要进行内存释放并关闭一些线程。
您没有义务进行信号处理，但是如果您有一个 5 步每步 10 分钟的计算程序，这可能会很烦人。用户可能会意外杀死该程序。当它被杀死时，适当的信号处理可以保存步骤 1 到 4 的中间结果。
@It'sPete 谁建议你在 main() 中调用 signal(SIGINT, SIG_DFL);？参考？

标签： c++ c linux signals

【解决方案1】：

[Q-3] 我的示例中的terminate 变量是否必须是volatile？我有看到了许多这个变量是 volatile 的例子，还有一些例子不是。

标志terminate 应该是volatile sig_atomic_t：

因为处理函数可以异步调用。也就是说，处理程序可能会在程序中的任何位置被调用，这是不可预测的。如果两个信号在很短的时间间隔内到达，一个处理程序可以在另一个处理程序内运行。声明volatile sig_atomic_t 被认为是更好的做法，这种类型总是以原子方式访问，避免中断访问变量的不确定性。 volatile 告诉编译器不要优化并将其放入寄存器。（阅读：Atomic Data Access and Signal Handling 了解详情）。
另一个参考：24.4.7 Atomic Data Access and Signal Handling。此外，7.14.1.1-5 中的 C11 标准表明，只有 volatile sig_atomic_t 的对象可以从信号处理程序中访问（访问其他对象具有未定义的行为）。

[Q-4] 我了解到 signal() 现在已弃用，可以使用 sigaction()。是有任何非常好的例子来展示如何从以前的signal() 电话？我在使用新结构时遇到了问题我必须创建/传递以及如何将它们组合在一起。

下面的示例（以及 cmets 中的链接）可能会有所帮助：

// 1. Prepare struct 
struct sigaction sa;
sa.sa_handler =  sighandler;

// 2. To restart functions if interrupted by handler (as handlers called asynchronously)
sa.sa_flags = SA_RESTART; 

// 3. Set zero 
sigemptyset(&sa.sa_mask);

/* 3b. 
 // uncomment if you wants to block 
 // some signals while one is executing. 
sigaddset( &sa.sa_mask, SIGINT );
*/ 

// 4. Register signals 
sigaction( SIGINT, &sa, NULL );

参考：

Beginning Linux Programming, 4th Edition：在本书中，你的代码在“第 11 章：进程和信号”中用 sigaction() 很好地解释了。
sigaction documentation，包括一个示例（快速学习）。
GNU C 库：Signal Handling
_{*我从 1 开始，目前我正在阅读 3 GNU-library}

[Q-5] 是否需要第二次致电signal()？对于sigaction()，我需要关注类似的事情吗？

我不清楚为什么在程序终止之前将其设置为默认操作。我想下面这段话会给你答案：

Handling Signals

对信号的调用只为信号的一次出现建立信号处理。在调用信号处理函数之前，库会重置信号，以便在再次出现相同信号时执行默认操作。例如，如果在信号处理程序中执行的操作再次引发相同的信号，则重置信号处理有助于防止无限循环。如果您希望处理程序在每次发生时都用于信号，则必须在处理程序中调用信号以恢复它。在恢复信号处理时应谨慎。例如，如果您不断恢复SIGINT 处理，您可能会失去中断和终止程序的能力。

signal() 函数仅定义下一个接收信号的处理程序，在此之后恢复默认处理程序。因此，如果程序需要继续使用非默认处理程序处理信号，则信号处理程序必须调用signal()。

阅读讨论以供进一步参考：When to re-enable signal handlers。

[Q-1a] 是否需要任何信号处理？

是的，Linux 会为您进行清理。例如，如果您不关闭文件或套接字，Linux 将在进程终止后进行清理。但是 Linux 可能不需要立即执行清理，并且可能需要一些时间（可能是为了保持系统性能较高或其他一些问题）。例如，如果您不关闭 tcp-socket 并且程序终止，内核不会立即关闭套接字以确保所有数据都已传输，如果可能，TCP 会保证交付。

[Q-1b]因此，我可以只用一个无限循环替换信号处理程序，让操作系统优雅地退出线程、释放内存等吗？

不，操作系统仅在程序终止后执行清理。在进程执行时，分配给该进程的资源不会被操作系统占用。（操作系统无法知道您的进程是否处于无限循环中 - this is an unsolvable problem）。如果您希望在进程终止后操作系统为您执行清理操作，那么您不需要处理信号（即使您的进程被信号异常终止）。

[Q] 我想要完成的所有工作都是为了让 my: 主循环运行直到 ctrlc 或电源断开或者发生了非常糟糕的事情。

不，有限制！你无法捕捉到所有信号。有些信号是不可捕捉的，例如SIGKILL 和 SIGSTOP 都是终止信号。引用一个：

— Macro: int SIGKILL

SIGKILL 信号用于立即终止程序。它不能被处理或忽略，因此总是致命的。它也不可能阻止这个信号。

所以你不能a program that cannot be interrupted (an uninterrupted program)！

我不确定，但可能你可以在 Windows 系统中做这样的事情：通过编写 TSR（某种内核模式挂钩）。我记得在我的论文时间里，有些病毒甚至无法从任务管理器中终止，但我也相信它们会通过管理员权限欺骗用户。

希望这个回答对你有帮助。

【讨论】：

您可能需要更新该链接以指向当前的 glibc 文档，gnu.org/software/libc/manual/html_node/…
@Hasturkun 我也想添加它，因为我从那里读到我在回答中给出的。谢谢！用新答案更新链接
另外，您可能希望始终调用sigemptyset(&sa.sa_mask)，否则其内容未初始化。（另外，你不需要另一个变量）
"标志终止应该是 volatile sigatomic_t" - 好吧，对于这个简单的例子来说不一定。如果您愿意再等 2 秒来识别更改，那么您可以没有它（即使这种情况发生的概率也很低）
@KarolyHorvath 是的！是信号带有我们不需要的时间间隔。因为编写小型处理程序也是一种好习惯。

【解决方案2】：

1.是否需要任何信号处理？

在您发布的链接的特定情况下，是的。涉及网络的软件的运行需要特定的操作，例如警告客户端关闭一个套接字，以免干扰其运行。
在您的特定情况下，您无需处理任何信号即可优雅地清除进程：您的操作系统会为您完成。

2。关于彻底终止，我还需要关注其他任何信号吗？

首先，看看他的页面：The GNU Library Signals 终止信号是您所关心的。但是看看 SIGUSR1 和 SIGUSR2，即使你永远不会在任何软件中找到它们，除了调试目的。
如果您不希望您的软件突然终止，则需要处理所有这些终止信号。

3。我的示例中的终止变量是否必须是可变的？

绝对不是。

4.我读到 signal() 现在已弃用，并使用 sigaction()

Sigaction() 是 POSIX，而信号是 C 标准。
Signal() 对我来说很好，但如果你想要任何例子：IBM Example

【讨论】：

【解决方案3】：

首先 - 如果您不知道是否应该处理任何信号，那么您可能不知道。信号需要在某些特定情况下进行处理，例如关闭套接字、在退出之前向其他连接的进程发送一些消息，或者处理来自 write() 的 SIGPIPE 信号（可能还有更多）。

其次 - 这个while (!terminate) sleep(2); 不是很好 - 在最坏的情况下，它可能会让用户（甚至系统）迫不及待地不得不等待 2 秒并向您的程序发送您无法处理的 SIGKILL。

恕我直言，这里最好的解决方案是using signalfd and select，因此您可以终止程序而无需等待 2 秒。

【讨论】：

【解决方案4】：

要改用sigaction，您可以使用如下函数：

/*
 * New implementation of signal(2), using sigaction(2).
 * Taken from the book ``Advanced Programming in the UNIX Environment''
 * (first edition) by W. Richard Stevens.
 */
sighandler_t my_signal(int signo, sighandler_t func)
{
    struct sigaction nact, oact;

    nact.sa_handler = func;
    nact.sa_flags = 0;
    # ifdef SA_INTERRUPT
    nact.sa_flags |= SA_INTERRUPT;
    # endif
    sigemptyset(&nact.sa_mask);

    if (sigaction(signo, &nact, &oact) < 0)
        return SIG_ERR;

    return oact.sa_handler;
}

【讨论】：

如果您对作者表示感谢，您可能需要更正书名中的错字。

【解决方案5】：

没有必要为此使用信号。标准终止不需要被捕获。你可能有理由抓住它，但这取决于你的应用程序，而不是操作系统要求的任何东西。

就信号而言，现在您通常应该使用 sigaction 而不是信号，它解决了标准化问题。

信号处理程序必须写成可重入的。这并不要求您的终止变量是可变的，但它可能取决于您如何使用它！

W. Richard Stevens 的书 "Advanced Programming in the UNIX Environment" 有一个很好的例子，说明了为什么以及如何处理信号。

不，您不必在应用程序终止之前放回默认处理程序，您的处理程序仅对您的应用程序有效，因此如果您只是关闭应用程序，则不需要。

【讨论】：

Handling Signals

— Macro: int SIGKILL

— Macro: int `SIGKILL`