Основы программирования в Linux - Нейл Мэтью

Программа устроена так, что, когда вы задаете сигнал SIGINT, нажимая комбинацию клавиш <Ctrl>+<C>, вызывает функцию ouch. После того как функция прерывания ouch завершится, программа продолжает выполняться, но восстанавливает реакцию на сигнал, принятую по умолчанию. (У разных версий UNIX, в особенности у потомков системы Berkeley UNIX, в течение многих лет сложилось разное поведение при получении сигналов. Если вы хотите восстановить поведение по умолчанию после возникновения сигнала, лучше всего запрограммировать его на конкретные действия.) Когда программа получает второй сигнал SIGINT, она выполняет стандартное действие, приводящее к завершению программы.

Если вы хотите сохранить обработчик сигнала и продолжать реагировать на комбинацию клавиш <Ctrl>+<C>, вам придется восстановить его, вызвав функцию signal еще раз. Это приведет к возникновению короткого промежутка времени, начиная с запуска функции прерывания и до момента восстановления обработчика сигнала, в течение которого сигнал не будет обрабатываться. Если второй сигнал будет получен в этот период, вопреки вашим желаниям программа может завершиться.

Мы не рекомендуем вам пользоваться функцией signal для перехвата сигналов. Мы включили ее в книгу, потому что она будет часто встречаться в более старых программах. Позже вы увидите sigaction, более четко определенный и надежный интерфейс, который следует применять в новых программах.

Функция signal возвращает предыдущее значение обработчика для заданного типа сигнала, если таковой есть, или в противном случае SIG_ERR с установкой положительного значения в переменной errno. Если задан неверный сигнал или делается попытка обработать сигнал, который не может быть перехвачен или игнорироваться, например SIGKILL, переменной errno присваивается значение EINVAL.

Отправка сигналов

Процесс может отправить сигнал другому процессу, включая себя самого, с помощью вызова функции kill. Вызов завершится аварийно, если у программы нет полномочий на отправку сигнала, часто потому что процесс-получатель принадлежит другому пользователю. Эта функция эквивалентна команде оболочки с тем же именем.

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

Функция kill посылает заданный сигнал sig процессу с идентификатором, заданным в аргументе pid. В случае успеха она возвращает 0. Для отправки сигнала посылающий процесс должен иметь право на выполнение этого действия. Обычно это означает, что у обоих процессов должен быть один и тот же идентификатор пользователя ID (т.е. вы можете отправить сигнал только одному из собственных процессов, хотя суперпользователь может отправлять сигналы любому процессу).

Функция kill завершится аварийно, вернет -1 и установит значение переменной errno, если задан неверный сигнал, (errno равна EINVAL), у процесса нет полномочий (EPERM) или заданный процесс не существует (ESRCH).

Сигналы предоставляют полезное средство, именуемое будильником или сигналом тревоги. Вызов функции alarm может применяться для формирования сигнала SIGALRM в определенное время в будущем.

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

Вызов alarm намечает доставку сигнала SIGALRM через seconds секунд. В действительности сигнал будильника будет доставлен чуть позже из-за обработки задержек и учета неопределенностей. Значение 0 отменяет любой невыполненный запрос на сигнал будильника. Вызов функции alarm до получения сигнала может вызвать сброс графика доставки. У каждого процесса может быть только один невыполненный сигнал будильника. Функция alarm возвращает количество секунд, оставшихся до отправки любого невыполненного вызова, alarm, или -1 в случае аварийного завершения.

Для того чтобы увидеть как работает функция alarm, можно сымитировать ее действие, используя вызовы fork, sleep и signal (упражнение 11.8). Программа сможет запустить новый процесс с единственной целью — отправить сигнал спустя какое- то время.

В программе alarm.c первая функция, ding, имитирует будильник.

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

static int alarm_fired = 0;

void ding(int sig) {

 alarm_fired = 1;

}

В функции main вы заставляете дочерний процесс ждать пять секунд перед отправкой сигнала SIGALRM в свой родительский процесс:

int main() {

 pid_t pid;

 printf("alarm application startingn");

 pid = fork();

 switch(pid) {

 case -1:

  /* Аварийное завершение */

  perror("fork failed");

  exit(1);

 case 0:

  /* Дочерний процесс */

  sleep(5);

  kill(getppid(), SIGALRM);

  exit(0);

 }

Родительский процесс устроен так, что перехватывает сигнал SIGALRM с помощью вызова signal и затем ждет неизбежности:

 /* Если мы оказались здесь, то мы — родительский процесс */

 printf("waiting for alarm to go offn");

 (void)signal(SIGALRM, ding);

 pause();

 if (alarm_fired) printf("Ding!n");

 printf("donen");

 exit(0);

}

Когда вы выполните программу, то увидите, что она делает паузу на пять секунд, в течение которых ждет имитации будильника:

$ ./alarm

alarm application starting

waiting for alarm to go off

<5 second pause>

Ding!

done $

В этой программе вводится новая функция pause, которая просто приостанавливает выполнение программы до появления сигнала. Когда она получит сигнал, выполняется любой установленный обработчик, и выполнение продолжается как обычно. Она объявляется следующим образом:

#include <unistd.h>

int pause(void);

Функция возвращает -1 (если следующий полученный сигнал не вызвал завершения программы) с переменной errno, равной EINTR, в случае прерывания сигналом. Лучше для ожидания сигналов применять функцию sigsuspend, которую мы обсудим чуть позже в этой главе.

Как это работает

Программа имитации будильника запускает новый процесс вызовом fork. Этот дочерний процесс ожидает пять секунд и затем посылает сигнал SIGALRM своему родителю. Родитель подготавливается к получению сигнала SIGALRM и затем делает паузу до тех пор, пока не будет получен сигнал. Функция printf не вызывается непосредственно в обработчике, вместо этого вы устанавливаете флаг, который проверяете позже.

Применение сигналов и приостановка выполнения — важные составляющие программирования в ОС Linux. Это означает, что программа необязательно должна выполняться все время. Вместо того чтобы долго работать в цикле, проверяя, не произошло ли событие, она может ждать его наступления. Это особенно важно в многопользовательской среде, где процессы совместно используют один процессор, и такой вид деятельного ожидания оказывает большое влияние на производительность системы. Особая проблема, связанная с сигналами, заключается в том, что вы никогда не знаете наверняка, что произойдет, если сигнал появится в середине системного вызова? (Ответ весьма неудовлетворительный: все зависит от ситуации.) Вообще следует беспокоиться только о "медленных" системных вызовах, таких как считывание с терминала, когда системный вызов может вернуться с ошибкой, если сигнал появится во время его пребывания в режиме ожидания. Если вы начнете применять сигналы в своих программах, нужно учитывать, что некоторые системные вызовы могут закончиться аварийно, если сигнал создаст ошибочную ситуацию, которую вы могли не принимать во внимание до того, как добавили обработку сигналов.

Нужно тщательно программировать сигналы, потому что существует ряд "состояний гонок", возникающих в программах, применяющих сигналы. Например, если вы намерены вызвать pause для ожидания сигнала и этот сигнал возникнет до вызова pause, ваша программа может ждать неопределенно долго события, которое не произойдет. Новоиспеченный программист сталкивается с множеством таких состояний гонок, важных проблем синхронизации или согласования времени. Всегда очень внимательно проверяйте программный код, использующий сигналы.

Мы рассмотрели подробно возбуждение и перехват сигналов с помощью signal и родственных функций, поскольку они очень часто применяются в старых UNIX-программах. Тем не менее, стандарты X/Open и спецификации UNIX рекомендуют более современный программный интерфейс для сигналов sigaction, который более надежен.