計算機學習微信公眾號（jsj_xx）

信號就是軟件中斷，和硬件中斷有很多類似之處。本文分享我們對信號這種異步事件處理的理解，僅考慮進程，不涉及多線程（如有錯誤，還請指正，謝謝）。

【參考linux kernel source code 4.0，syscall rt_sigaction()、send_signal()、do_signal()】

1 不可靠信號

由于信號歷史悠久，我們還得從不可靠信號講起。

不可靠的根因在于存在競態(tài)時間窗口，畢竟異步就難以預(yù)測發(fā)生信號的時機。早期信號的問題有：

• 每個信號僅期望觸發(fā)一次。觸發(fā)完內(nèi)核立即將信號處理函數(shù)重置為默認值，這樣自定義處理必須手動恢復(fù)，從而在自定義信號處理里、但是在恢復(fù)這個動作前，會有一個競態(tài)窗口。

• 有時阻止不了信號。由于缺少信號掩碼操作，導(dǎo)致在pause()前可能發(fā)生信號，由于這個競態(tài)窗口的存在從而導(dǎo)致pause可能再也等不到信號。

對于pause問題，setjmp是一個治標不治本的解決方案。因為它的暴力跳轉(zhuǎn)會讓其它的信號處理夭折，并且還不能解決好信號掩碼的在遷移時的保護和恢復(fù)。

可見，這些競態(tài)窗口的存在，就是早期信號不可靠的根因?？煽啃盘柕囊粋€目的，就是要消滅掉這些競態(tài)窗口。

2 可靠信號

我們（計算機學習微信公眾號：jsj_xx）的理解是：sigprocmask/sigpending/sigsetjmp/siglongjmp/sigsuspend，這些函數(shù)存在的意義就是要解決上文中提到的競態(tài)窗口問題的！

我們逐個分析：

• 對于sigprocmask和sigpending，質(zhì)樸的（原始的）解決方式。

  最細粒度地解決競態(tài)窗口。

• sigsuspend相當于sigprocmask和pause的合成，提供設(shè)置信號掩碼后等待的一個原子操作。

  一個基于sigprocmask的具體應(yīng)用（擴展）。一個原子的智能化（手動設(shè)置自定義掩碼和自動恢復(fù)老掩碼）操作。不能提供sigprocmask和其它慢速系統(tǒng)調(diào)用的合成，很遺憾。

• siglongsetjmp和siglongjmp，則是setjmp和longjmp的信號版本，提供跳轉(zhuǎn)時的信號掩碼現(xiàn)場的保護和恢復(fù)。

  然而，跳轉(zhuǎn)方式依舊是一個指標不治本的方案。

可見，對于等待一個全局變量（全局變量在一個信號處理中設(shè)置）這樣一個處理，總算有了完美方案：sigsuspend。結(jié)合sigaction函數(shù)，我們是這么理解的：

• sigprocmask在信號處理外部實施指定的屏蔽（掩碼）操作。

• sigaction函數(shù)在信號處理內(nèi)部實施指定的屏蔽（同一信號不可重入）操作。

這樣，內(nèi)外結(jié)合，自然擁有完全的可靠性。

3 兼容方案

基于sigaction函數(shù)，其中也支持對早期不可靠信號的支持：

• SA_NODEFER

  讓信號采用早期的不自動屏蔽的行為。

• SA_RESETHAND

  讓信號采用早期的自動重置默認處理的行為。

• SA_RESTART

  此信號要讓系統(tǒng)調(diào)用重啟（當然也需要系統(tǒng)調(diào)用的支持，像read/write/wait等慢速系統(tǒng)調(diào)用都是支持重啟的）。

• SA_INTERRUPT

  此信號不要讓系統(tǒng)調(diào)用重啟。

可見，調(diào)用sigaction時指定SA_RESETHAND（參考代碼，同SA_ONESHOT）和SA_NODEFER（參考代碼，同SA_NOMASK）就可以完美實現(xiàn)早期的信號方式了。關(guān)于重啟系統(tǒng)調(diào)用，注意SIGALRM的處理：一定不能設(shè)置為SA_RESTART方式，或者更苛刻（安全）的，需要設(shè)置為SA_INTERRUPT方式。

4 信號可重入

早期的信號處理中重置默認處理的行為，可以看作是在變通解決重入問題（當然，現(xiàn)在已經(jīng)通過自動掩碼使得同一信號處理不可重入了）。信號處理里要保證調(diào)用異步信號安全的函數(shù)。這是顯然的，畢竟信號是異步處理。需要注意的是，多線程里即使信號處理中使用異步信號安全的函數(shù)，也還是需要保存和恢復(fù)errno的。

異步信號不安全函數(shù)的原因有：

• 使用靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 使用glibc malloc/free函數(shù)

• 使用標準io函數(shù)（比如printf）

信號處理中是不能使用這些不安全的函數(shù)的，否則后果很嚴重。觸類旁通，想想fork()之后、exec()之前，子進程在這段時間里，就只能調(diào)用異步信號安全函數(shù)，這是一個道理的。

5 針對同一信號處理時再次發(fā)生的計數(shù)

傳統(tǒng)信號（編號從1到31）是不計次數(shù)的，只計是否發(fā)生過。實時信號（編號從32到64）是記錄次數(shù)的，當然是有上限的（通過ulimit查看）。

需要注意，計數(shù)區(qū)別不能成為評判信號可不可靠的標準，想想硬件中斷的處理就明白了。

6 總結(jié)

可靠信號要解決的問題，無非是（早期信號的）異步處理伴隨的競態(tài)窗口問題，可以說是通過sigprocmask和sigaction聯(lián)合解決了。最后要說的是，信號本質(zhì)就是軟件中斷，因為確實形神兼?zhèn)溆布袛?。?！?/span>

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