信号是由用户、系统或者进程发送给目标进程的信息，以通知目标进程某个状态的改变或系统异常。
Linux信号可由下列条件产生：
- 系统异常，如浮点异常或非法内存段访问；
- 系统状态变化，如alarm定时器到期引发SIGALRM信号。
- 运行kill命令或kill函数；
- 对于前台进程，用户输入特殊字符引发信号，如输入Ctrl+C通常给进程发送一个中断信号。
服务器程序需处理（或至少忽略）一些常见信号，以避免异常终止。
10.1 发送信号
Linux下，进程通过kill函数给其他进程发送信号。
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
/*
pid: 目标进程号
pid = 0 发送给本进程组内的其他进程
pid > 0 发送给进程pid
pid = -1 发送给除init进程外的所有进程，但发送者需要有对目标进程发送信号的权限
pid < -1 发送给进程组ID为-pid的所有成员
sig: 信号
sig = 0 不发送任何信号，但可检测目标进程或进程组是否存在，不可靠
sig > 0 发送对应信号
成功返回0， 失败返回-1并设置errno, 可能的errno见下表
*/
int kill( pid_t pid, int sig );
kill出错errno取值：
10.2 处理信号
目标进程在收到信号时，需要定义一个接收函数来处理它，信号处理函数原型如下;
#include <signal.h>
typedef void (*__sighandler_t) (int);
信号处理函数只带有一个整型参数，用于指示信号类型。此外，这个函数应该是可重入的，因此禁止在该函数内调用不安全的函数。
bits/signum.h头文件中还定义了两种信号处理方式SIG_IGN和SIG_DEL。
#include <bits/signum.h>
/*
使用信号的默认处理方式，有如下几种：
Term 结束进程
Ign 忽略信号
Core 结束进程并生成核心转储文件
Stop 暂停进程
Cont 继续进程
*/
#define SIG_DFL ((__sighandler_t) 0)
// 忽略信号目标
#define SIG_IGN ((__sighandler_t) 1)
10.3 Linux信号
Linux可用信号定义在bits/signum.h中，其中包括标准信号和POSIX实时信号。本书仅讨论标准信号。
如果程序在执行处于阻塞状态的系统调用时收到信号，并该信号有对应的信号处理函数，则默认情况下系统调用将被中断，errno被设置为EINTR。我们可使用sigaction函数为信号设置SA_RESTART标志以自动重启被该信号中断的系统调用。
对于默认行为是暂停进程的信号（SIGSTOP,SIGTTIN等），即使没有定义对应的信号处理函数，它们也可中断某些系统调用（如connect, epoll_wait）。
10.4 信号处理函数
10.4.1 signal系统调用
可使用signal为一个信号设置处理函数。
#include <signal.h>
/*
sig： 要捕获的信号类型
_handler：函数指针，指向sig的处理函数
成功时返回一个函数指针，指向上一次调用signal函数时传入的函数指针，或sig对应的默认处理函数指针SIG_DEF(首次调用)，失败返回SIG_ERR, 并设置errno
*/
_sighandler_t signal( int sig, _sighandler_t _handler );
10.4.2 sigaction系统调用
设置信号处理函数更健壮的接口是sigaction系统调用。
#include <signal.h>
/*
sig：要捕获的信号类型
act：指定新的信号处理方式
oact：输出信号之前的处理方式（为什么要获取之前的处理方式？）
成功返回0，失败返回-1并设置errno
*/
int sigaction( int sig, const struct sigaction* act, struct sigaction* oact );
struct sigaction
{
#ifdef __USE_POSIX199309
union
{
_sighandler_t sa_handler; // 函数指针 指定信号处理函数
void (*sa_sigaction) ( int, siginfo_t*, void* );
}
_sigaction_handler;
#define sa_handler __sigaction_handler.sa_handler
#define sa_sigaction __sigaction_handler.sa_sigaction
#else
_sighandler_t sa_handler; // 函数指针 指定信号处理函数
#endif
_sigset_t sa_mask; // 设置进程的信号掩码，指定本进程屏蔽的信号， _sigset_t定义见下节
int sa_flags; // 设置程序收到信号的行为，可选值见下表
void (*sa_restorer) (void);
};
sa_flags选项：
10.5 信号集
10.5.1 信号集函数
上节提到，sigaction结构体使用_sigset_t来表示一组信号。
#include <bits/sigset.h>
/*
sigset_t实际是一个无符号长整型数组，每个位表示一个信号，共能表示1024个信号
*/
#define _SIGSET_NWORDS (1024 / 8*sizeof(unsigned long int))
typedef struct
{
unsigned long int __val(_SIGSET_NWORDS);
} __sigset_t;
Linux提供如下函数来控制信号集。
#include <signal.h>
int sigemptyset( sigset_t* _set ); // 清空信号集
int sigfillset( sigset_t* _set ); // 设置所有信号
int sigaddset( sigset_t* _set, int _signo ); // 将信号_signo添加至信号集
int sigdelset( sigset_t* _set ); // 将信号_signo从信号集删除
int sigismemset( sigset_t* _set ); // 信号_signo是否在信号集中
10.5.2 进程信号掩码
上节提到，sigaction结构体使用sa_mask来设置进程的信号掩码。
#include <signal.h>
/*
设置或查看进程的信号掩码
_how：指定设置信号掩码的方式，可取值见下表
_set：指定新的信号掩码，若为NULL，则进程信号掩码不变
_oset：输出原信号掩码
成功返回0，失败返回-1并设置errno
*/
int sigprocmask( int _how, _const sigset_t* _set, sigset_t* _oset );
_how参数取值：
10.5.3 信号挂起
设置进程信号掩码后，被屏蔽的信号将不能被进程接收，若给进程发送一个被屏蔽的信号，则操作系统将该信号设置为进程的被挂起信号。
若我们取消对该信号的屏蔽，则它能立即被进程接收到。
#include <signal.h>
/*
获取当前进程被挂起的信号集
set：保存被挂起的信号集，进程即使多次接收到同一个屏蔽信号，set中也只保存一次，当使用sigprocmask使能挂起信号时，该信号的处理函数也只触发一次
成功返回0，失败返回-1并设置errno
*/
int sigpending( sigset_t* set );
10.6 统一事件源
信号是一种异步事件，信号处理函数与程序的主循环是两条不同的执行路线。同时，信号处理函数应尽可能快的执行完毕，以避免该信号被屏蔽太久。
一种典型处理方式是：将信号的主要处理逻辑放在程序的主循环中，而信号处理函数只负责通知主循环接收到信号，并将信号值传递给主循环。
实现方式是：创建一个管道，信号处理函数被触发后，通过管道将信号值发送给主循环，主循环使用IO复用监听管道读端上的可读事件。如此，信号事件就可与其他IO事件一样被处理，即统一事件源。
#define MAX_EVENT_NUMBER 1024
static int pipefd[2];
int setnonblocking( int fd )
{...}
// 往epoll内核事件表中注册文件描述fd上的事件
void addfd( int epollfd, int fd )
{ ... }
// 定义信号处理函数
void sig_handler( int sig )
{
int save_errno = errno;
int msg = sig;
// 通过管道传递信号值给主循环
send( pipefd[1], ( char* )&msg, 1, 0 );
errno = save_errno;
}
void addsig( int sig )
{
struct sigaction sa;
memset( &sa, '\0', sizeof( sa ) );
sa.sa_handler = sig_handler; // 设置信号处理函数
sa.sa_flags |= SA_RESTART; // 设置信号处理方法
sigfillset( &sa.sa_mask );
assert( sigaction( sig, &sa, NULL ) != -1 );
}
int main( int argc, char* argv[] )
{
... // socket创建，绑定，监听
epoll_event events[ MAX_EVENT_NUMBER ];
int epollfd = epoll_create( 5 );
assert( epollfd != -1 );
addfd( epollfd, listenfd );
// 创建一个双向管道
ret = socketpair( PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, pipefd );
assert( ret != -1 );
setnonblocking( pipefd[1] );
addfd( epollfd, pipefd[0] ); // 注册pipefd[0]上的可读事件
// 设置信号处理函数
addsig( SIGHUP );
addsig( SIGCHLD );
addsig( SIGTERM );
addsig( SIGINT );
bool stop_server = false;
while( !stop_server )
{
int number = epoll_wait( epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1 );
if ( ( number < 0 ) && ( errno != EINTR ) )
{
printf( "epoll failure\n" );
break;
}
for ( int i = 0; i < number; i++ )
{
int sockfd = events[i].data.fd;
if( sockfd == listenfd ) // 处理新连接
{
...
}
else if( ( sockfd == pipefd[0] ) && ( events[i].events & EPOLLIN ) )
{
// 如果就绪文件描述符是pipefd[0]，则处理信号
int sig;
char signals[1024];
ret = recv( pipefd[0], signals, sizeof( signals ), 0 );
if( ret == -1 || ret == 0)
{
continue;
}
else
{
// 每个信号占1字节，故按字节来逐个接收信号
for( int i = 0; i < ret; ++i )
{
switch( signals[i] )
{
case SIGCHLD:
case SIGHUP:
{
// 信号处理逻辑
...
}
case SIGTERM:
case SIGINT:
{
stop_server = true;
}
}
}
}
}
else
{
}
}
}
printf( "close fds\n" );
close( listenfd );
close( pipefd[1] );
close( pipefd[0] );
return 0;
}
10.7 网络编程相关信号
10.7.1 SIGHUP
当挂起进程的控制终端时，SIGHUP信号将被触发，对于没有控制终端的网络后台程序而言，它们通常利用SIGHUP信号来强制服务器重读配置文件。
10.7.2 SIGPIPE
默认情况下，往一个读端关闭的管道或者socket连接中写数据将引发SIGPEPE信号。我们需要在代码中捕获并处理该信号，或至少忽略它，因此SIGPIPE的默认处理方式是结束进程。引起SIGPIPE信号的写操作将返回errno为EPIPE。
第五章提到，我们可设置send函数的flags值为MSG_NOSIGNAL来禁止写操作触发SIGPIPE信号。在这种情况下，我们应根据返回的errno来判断管道或socket的读端是否已关闭。
此外，我们也可利用IO复用系统调用来判断管道或socket的读端是否已关闭。以poll为例，若管道读端关闭，写端文件描述符上的POLLHUP事件将被触发；当socket连接被对方关闭，socket上的POLLRDHUP事件将被触发。
10.7.3 SIGURG
Linux下内核通知应用程序有带外数据到达有两种方法：
一是通过IO复用，select等系统调用在接收到带外数据将立即返回，并向应用程序报告socket上的异常事件。
二是使用SIGURG信号。
