简单的 Linux 信号处理

问题描述：

我有一个程序，它创建许多线程并运行，直到嵌入式计算机的电源关闭，或者用户使用kill或ctrl`c`终止该过程。

以下是一些代码以及 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?
}

我想知道几件事：

1. 是否需要任何信号处理？

我在这个主题“Linux C 捕捉终止信号以正常终止”中读到，显然操作系统会帮我处理清理工作。因此，我是否可以只用一个无限循环替换信号处理程序，让操作系统正常退出线程、取消分配内存等？

1. 关于干净终止，还有其他信号需要我关注吗？这个主题“SIGINT 与其他终止信号有何关系？”有助于列出我可能关注的所有信号，但实际上有多少需要处理？

2. 我的示例中的终止变量是否必须是 volatile 的？我见过许多示例，其中此变量是 volatile 的，而其他示例则不是。

3. 我读到signal()现已弃用，并使用sigaction()。 是否有任何真正好的例子来展示如何从上一次signal()调用进行转换？ 我对必须创建/传递的新结构以及它们如何组合在一起感到困扰。

4. 第二次调用 是否signal()必要？

是否有类似的事情需要我关注sigaction()？

要清楚的是，我所要做的就是让主循环一直运行，直到ctrl`c`电源断开或发生一些非常糟糕的事情。

解决方案 1：

[Q-3]我的例子中的变量terminate必须是 吗volatile？我见过许多例子，其中这个变量是 volatile 的，而其他例子则不是。

该标志terminate应为volatile sig_atomic_t：

因为处理程序函数可以异步调用。也就是说，处理程序可能会在程序中的任何点被不可预测地调用。如果两个信号在很短的时间间隔内到达，则一个处理程序可以在另一个处理程序内运行。并且，声明被认为是更好的做法volatile sig_atomic_t，这种类型总是以原子方式访问，避免对中断对变量的访问的不确定性。volatile告诉编译器不要优化并将其放入寄存器中。（阅读：原子数据访问和信号处理以了解详细说明）。

另一个参考：24.4.7 原子数据访问和信号处理volatile sig_atomic_t。此外，7.14.1.1-5 中的 C11 标准表明只能从信号处理程序访问的对象（访问其他对象具有未定义的行为）。

[Q-4]我读到signal()现已弃用，并使用sigaction()。 有没有真正好的例子来展示如何从上一次signal()调用进行转换？ 我对必须创建/传递的新结构以及如何将它们组合在一起感到困惑。

下面的例子（以及评论中的链接）可能会有帮助：

// 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：

1. 《Linux 编程入门》第 4 版sigaction()：在这本书中， “第 11 章：进程和信号”准确地 解释了您的代码。

2. sigaction 文档，包括一个示例（快速学习）。

3. GNU C 库：信号处理*我从1

开始，目前我正在阅读3 GNU 库

[Q-5]第二次调用 是signal()必要的吗？ 我需要关注 的类似问题吗sigaction()？

我不清楚为什么在程序终止之前将其设置为默认操作。我认为以下段落可以给你答案：

处理信号

调用 signal 只会为一次信号建立信号处理。在调用信号处理函数之前，库会重置信号，以便如果再次出现相同的信号，则执行默认操作。重置信号处理有助于防止无限循环，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。如果希望每次出现信号时都使用处理程序，则必须在处理程序中调用 signal 来恢复它。恢复信号处理时应谨慎。例如，如果您不断恢复SIGINT处理，可能会失去中断和终止程序的能力。

该signal()函数仅定义下一个接收到的信号的处理程序，之后将恢复默认处理程序。因此，如果程序需要使用非默认处理程序继续处理信号，则必须调用信号处理程序。signal()

阅读讨论以供进一步参考：何时重新启用信号处理程序。

[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 会在进程终止后进行清理。但 Linux 可能不必立即执行清理，这可能需要一些时间（可能是为了保持系统性能高或一些其他问题）。例如，如果您不关闭 tcp 套接字并且程序终止，内核将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，我可以用一个无限循环替换信号处理程序，让操作系统正常退出线程、取消分配内存等吗？

不，操作系统仅在程序终止后执行清理。当进程执行时，分配给该进程的资源不会被操作系统认领。（操作系统无法知道您的进程是否处于无限循环中 -这是一个无法解决的问题）。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）。

[问]我所要做的就是让主循环一直运行，直到ctrl`c`电源断开或发生一些非常糟糕的事情。

不，有一个限制！你无法捕获所有信号。有些信号无法捕获，例如SIGKILL和SIGSTOP和都是终止信号。引用其中一段：

— 宏：intSIGKILL

此SIGKILL信号用于立即终止程序。它无法被处理或忽略，因此始终是致命的。也无法阻止此信号。

所以你不能制作一个不能被打断的程序（不被打断的程序）！

我不确定，但也许你可以在 Windows 系统中做类似的事情：通过编写 TSR（某种内核模式挂钩）。我记得在写论文的时候，有些病毒甚至无法从任务管理器中终止，但我还相信它们会通过管理员权限欺骗用户。

希望这个回答能对你有帮助。

解决方案 2：

相反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;
}

解决方案 3：

1. 是否需要任何信号处理？

• 就您发布的链接的特定情况而言，是的。与网络有关的软件的运行需要特殊操作，例如警告客户端套接字已关闭，以免干扰其运行。

• 在您的特定情况下，您不需要处理任何信号以使流程顺利完成：您的操作系统将为您完成此操作。

2. 关于干净终止，还有其他什么信号需要我关注吗？

• 首先，看一下他的页面：GNU 库信号
  终止信号是您要关注的。但是，请看一下 SIGUSR1 和 SIGUSR2，即使您永远不会在任何软件中找到它们，除非出于调试目的。

• 如果您不希望软件突然终止，则需要处理所有这些终止信号。

3. 我的例子中的终止变量必须是易失性的吗？

• 绝对不是。

4. 我读到signal()现在这个已经被弃用了，可以使用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 示例

解决方案 4：

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

就信号而言，一般来说你应该使用 sigaction 而不是 signal，它解决了标准化问题。

信号处理程序必须编写为可重入的。这并不要求您的终止变量是易失性的，但这可能取决于您如何使用它！

W. Richard Stevens 的书“UNIX 环境中的高级编程”很好地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，因此如果您只是终止应用程序，则不需要它。

解决方案 5：

首先 - 如果您不知道是否应该处理任何信号，那么您可能不需要处理。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（可能还有很多）。

其次 - 这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）不耐烦地等待 2 秒并向您的程序发送 SIGKILL，而您无法处理。

我认为这里最好的解决方案是使用 signalfd 和 select，这样您就可以终止程序而不必等待 2 秒。