我的上一篇文章研究了一下如何在程序的正文(而不是信号处理函数)中捕获和处理信号。当时用的方案是 sigprocmask()。但那个方法理论上是可能漏掉一些信号的。

真正安全的做法,是使用进程 / 线程间通信手段,在信号处理函数中向外发送信号,然后在程序正文中监听(epoll, select 等等)这些数据。

这其中是需要使用全局变量的,我目前还没有不使用全局变量的方案。

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Reference & Related

《UNIX 环境高级编程》
libevent 源码深度剖析
使用 sigprocmask 和 sigpending 在程序正文中捕获和处理信号

基本原理

在设置捕获信号之前(signal()),首先创建一个通信通道。在中断处理函数中,将捕获到的信号数往这个通道内写入。而在程序正文中,则对这个通道进行读取,这样就可以实现在程序正文中捕获信号了。

这其实是参考了 “libevent 源码深度剖析” 里面所说的 libevent 实现 evsignal的方案。大家都知道,在信号处理函数中,我们一般不要调用 printf 等 stdio 库里的函数。原因请参照《UNIX 环境高级编程》中 “信号” 章的 “可重入函数” 小节。

而实现这个功能中最重要的 read / write 函数,是可以在信号处理函数中调用的!这就是本方案的原理基础。

优点

  1. 由于通信通道基本上是 FIFO 的,所以如果信号多次产生,程序正文也可以收到排队发来的数据,避免了错过多个的信号。
  2. 信号处理函数非常非常短,只需要调用一个 write() 并且写入极少的数据即可。
  3. 大量的数据处理放在程序正文中,获取信号的方法很简单,只是 read()。并且每次获取数据的长度是固定的:signum 的类型是 int,获取 sizeof(int) 字节的数据即可。
  4. pipe 可以直接使用 read / write API 操作,可以方便地对接异步 I/O 库。

选择 pipe 的原因

libevent 源码深度剖析” 中提到 libevent 使用的是 UNIX域socket(AF_UNIX)。这里我不使用这个方案,而用了 pipe,原因如下:

  1. pipe 初始化和创建简单
  2. pipe 的创建是非命名的,生存周期仅在进程内部,也不会出现多个进程使用相同架构,发生命名冲突的问题
  3. AF_UNIX 是命名的,而且协议栈较为复杂,系统开销稍有些大

一般而言 pipe 是用在父子进程间通信用的,甚至在《UNIX 环境高级编程》中还原文提到 “单个进程中的管道几乎没有任何用处” 。我就哈哈大笑啦——在本文的应用场景下,实际上就是 pipe 为数不多的在单个进程之内的使用。

代码实现

我正在自己设计一个基于 epoll 的异步 I/O 库(GitHub 链接),目前已经实现了类似于 libevent 的普通 event 和 evsignal。如果对这个实现感兴趣的话,可以直接到我的工程里看代码。本文内容主要是 epEventSignal.c 文件里的实现。

主要的实际上也就是 epEventSignal_AddToBase() 函数啦。在这个函数的操作流程如下:

  1. 调用 pipe() 创建管道
  2. 设置 nonblock、closeonexec 选项
  3. pipe[0] 赋值到全局变量中
  4. 使用 sigaction() 函数捕获信号。信号处理函数中,将信号值写入 pipe[0]
  5. pipe[1] 注册入 epoll 中,捕获读事件

我在自己的简单测试程序 test_server.c 中捕获了两个信号,分别是 SIGQUIT(忽略,仅输出)和 SIGINT(触发 event loop 安全退出)。读者可以 checkout 出来试试看。

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amc
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电子和互联网深耕多年,拥有丰富的嵌入式和服务器开发经验。现负责腾讯心悦俱乐部后台开发