编写信号处理程序

处理程序有几个属性使其难以推理分析:
1. 处理程序与主程序并发运行, 共享同样的全局变量, 因此可能与主程序和其他处理程序互相干扰
2. 如何以及合适接收信号的规则常常违反直觉
3. 不同的系统有不同的信号处理语义

接下来介绍编写安全, 正确和可以直接的信号处理程序的一些基本规则

安全的信号处理

[!attention] 麻烦的信号处理程序信号处理程序与其主程序以及其他的信号处理程序并发地运行如果处理程序和主程序并发地访问同样的全局数据结构, 那么结果可能是不可预知的

一些保守的编写处理程序的原则:
- 处理程序要尽可能简单: 保持处理程序尽可能小和简单
- 在处理程序中只调用异步信号安全的函数
  - 可重入的(只访问局部变量)
  - 不能被信号处理程序中断
- 保护和恢复errno: 许多Linux异步信号安全的函数都会在出错返回时设置errno
  - 在处理程序中调用这样的函数可能会干扰主程序中其他依赖于errno的部分, 因此, 在进入处理程序时, 把errno保存在一个局部变量中, 在处理程序返回前恢复他
- 阻塞所有信号, 保护对共享全局数据结构的访问
  - 原因: 从主程序访问一个数据结构d通常需要一系列的指令, 如果指令序列被访问d的处理程序中断, 那么处理程序可能会发现d的状态不一致, 导致不可预知的结果. 因此, 在访问d时暂时阻塞信号保证处理程序不会中断该指令序列
- 用volatile声明全局变量: 使用volatile高速编译器不要缓存这个变量
  - volatile int g: volatile限定符强迫编译器每次在代码中引用g时, 都要从内存中读取g的值
  - 但一般来说, 和其他所有共享数据结构一样, 应该暂时阻塞信号, 保护每次对全局变量的访问
- 使用sig_atomic_t声明标志volatile sig_atomic_t flag:
  - 在常见的处理程序设计中, 处理程序会写全局标志来记录收到了信号. 主程序周期性地读取这个标志, 相应信号, 再清楚该标志
  - 对于sig_atomic_t, 对它的读和写保证会是原子的
  - 因为其实不可中断的, 所以可以安全的读写, 而不需要暂时阻塞信号

正确的信号处理

未处理的信号是不进行排队的
- 因为pending位向量中每种类型的信号只对应有一位, 所以每种类型最多只能有一个未处理的信号
- 多余的信号会被直接丢弃

signal1

基本结构:

父进程创建一些子进程, 这些子进程各自独立运行一段时间, 然后终止
父进程必须回收子进程以避免在系统中留下僵死进程

同时, 希望父进程能够在子进程运行时, 自由的去做其他工作, 因此, 使用SIGCHLD处理程序来回收子进程, 而不是显示地等待子进程终止.

只要有一个子进程终止或停止, 内核就回发送一个SIGCHLD信号给父进程

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include "csapp.h"

void handler1(int sig){
    int olderrno = errno;
    if ((waitpid(-1, NULL, 0)) < 0)
        Sio_error("waitpid error");
    Sio_puts("Handler reaped child\n");
    Sleep(1);
    errno = olderrno;
}

int main(){
    int i, n;
    char buf[MAXBUF];
    if (signal(SIGCHLD, handler1) == SIG_ERR)
        unix_error("signal error");
    for (i = 0; i < 3; i++){
        if (fork() == 0){
            printf("Hello from child %d\n", (int)getpid());
            exit(0);
        }
    }

    if ((n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf))) < 0)
        unix_error("read");

    printf("Parent processing input\n");
    while(1);
    exit(0);
}

会发生什么?
- 父进程接收并捕获了第一个信号. 当处理程序还在处理第一个信号时候, 第二个信号就传送并添加到了待处理信号集合中.
- 然而, 因为SIGCHLD信号被SIGCHLD处理程序阻塞了, 所以第二个信号就不会被接收.
- 当处理程序还在处理第一个信号时候, 第三个信号到达了, 由于已经有了一个待处理的SIGCHLD, 第三个SIGCHLD信号被丢弃
- 一段时间后, 处理程序返回, 进行第二次处理程序的执行
- 处理程序完成对第二个信号的处理后, 已经没有待处理的SIGCHLD信号了
教训: 不可以使用信号来对其他进程中发生的事件计数

signal2

在回收时候, 应该回收尽可能多的僵死子进程
```
void handler2(int sig){
    int olderrno = errno;
    whlie(waitpid(-1, NULL, 0) > 0){
        Sio_puts("Handler reaped child\n");
    }
    if (errno != ECHILD)
        Sio_error("waitpid error");
    Sleep(1);
    errno = olderrno;
}
```
[!note] waitpid 返回值: waitpid(): on success, returns the process ID of the child whose state has changed; if WNOHANG was specified and one or more child(ren) specified by pid exist, but have not yet changed state, then 0 is returned. On error, -1 is returned. waitpid(): - 成功时: 返回结束的子进程 - 错误时: -1, 并且设置errno - WNOHANG: [[OS/进程#^164805|WNOHANG]]

signalprob0

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include "csapp.h"

volatile long counter = 2;
// this program prints 2 1 3

void handler1(int sig){
    sigset_t mask, prev_mask;
    Sigfillset(&mask);  // add all signals to mask
    Sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &prev_mask); // Block sigs, and save previous mask in `prev_mask`
    Sio_putl(--counter); // 1
    Sigprocmask(SIG_SETMASK, &prev_mask, NULL); // Restore sigs

    _exit(0);
}

int main(){
    pid_t pid;
    sigset_t mask, prev_mask;

    printf("%ld", counter); //2
    fflush(stdout);

    signal(SIGUSR1, handler1);
    if ((pid = Fork()) == 0){ // if child process, infinite loop until a signal
        while(1) ;
    }
    Kill(pid, SIGUSR1); // send a signal to child process
    Waitpid(-1, NULL, 0); // wait for child process to terminate
    Sigfillset(&mask);
    Sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &prev_mask); // Block sigs
    printf("%ld", ++counter); // 3
    Sigprocmask(SIG_SETMASK, &prev_mask, NULL); // Restore sigs
    exit(0);
}

编写信号处理程序

安全的信号处理

正确的信号处理

signal1

signal2

signalprob0

可移植的信号处理