Trước khi bắt đầu, tôi muốn khuyên bạn nên bỏ qua cả chương này và dùng các hàm xử lý signal (rất có thể) ngon hơn của OS. Các hệ Unix-like có họ hàm sigaction(), còn Windows thì có… thứ gì đó của nó172.
Dẹp chuyện đó sang bên, vậy signal là gì?
Một signal được raise khi có đủ kiểu sự kiện bên ngoài xảy ra. Chương trình bạn có thể được cấu hình để bị ngắt nhằm handle signal, và tuỳ chọn, chạy tiếp chỗ bị bỏ dở sau khi đã xử lý xong.
Nghĩ nó như một hàm được gọi tự động khi một trong các sự kiện ngoài này xảy ra.
Các sự kiện này là gì? Trên hệ của bạn, có lẽ có kha khá, nhưng trong spec C chỉ có vài cái:
| Signal | Mô tả |
|---|---|
SIGABRT |
Kết thúc bất thường, thứ xảy ra khi abort() được gọi. |
SIGFPE |
Ngoại lệ dấu chấm động. |
SIGILL |
Lệnh không hợp lệ. |
SIGINT |
Ngắt, thường là kết quả của việc bấm CTRL-C. |
SIGSEGV |
“Segmentation Violation”: truy cập bộ nhớ không hợp lệ. |
SIGTERM |
Yêu cầu kết thúc. |
Bạn có thể cài chương trình để bỏ qua, xử lý, hoặc cho chạy hành vi mặc định đối với từng signal bằng hàm signal().
signal()Lời gọi signal() nhận hai tham số: signal cần quan tâm, và hành động cần làm khi signal đó được raise.
Hành động có thể là một trong ba thứ:
SIG_IGN để bỏ qua signal.SIG_DFL để khôi phục handler mặc định cho signal.Viết một chương trình mà bạn không CTRL-C ra nổi. (Đừng lo, trong chương trình sau, bạn cũng có thể bấm RETURN để thoát.)
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int main(void)
{
char s[1024];
signal(SIGINT, SIG_IGN); // Ignore SIGINT, caused by ^C
printf("Try hitting ^C... (hit RETURN to exit)\n");
// Wait for a line of input so the program doesn't just exit
fgets(s, sizeof s, stdin);
}Để ý dòng 8, ta bảo chương trình bỏ qua SIGINT, signal ngắt được raise khi CTRL-C được bấm. Bạn bấm bao nhiêu tuỳ thích, signal vẫn bị ngó lơ. Nếu bạn comment dòng 8 đi, bạn sẽ thấy có thể CTRL-C thoải mái và thoát chương trình tại chỗ.
Tôi có nói rằng bạn cũng có thể viết một hàm handler được gọi khi signal được raise.
Mấy cái này khá đơn giản, nhưng cũng rất bị giới hạn về năng lực khi dính tới spec.
Trước khi bắt đầu, xem prototype của signal():
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);Dễ đọc chưa?
SAI! :)
Dành chút để tháo nó ra cho quen tay.
signal() nhận hai đối số: một số nguyên sig đại diện cho signal, và một con trỏ func tới handler (handler trả về void và nhận một int làm đối số), tô đậm phía dưới:
sig func
|-----| |---------------|
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);Về cơ bản, ta sẽ truyền vào số signal cần bắt, và truyền một con trỏ tới hàm có dạng:
void f(int x);hàm đó sẽ làm phần bắt signal thực sự.
Giờ, còn phần còn lại của prototype thì sao? Về cơ bản đó là toàn bộ kiểu trả về. Thấy không, signal() sẽ trả về bất cứ thứ gì bạn truyền làm func khi thành công… tức là nó đang trả về một con trỏ tới hàm trả về void và nhận int làm đối số.
returned
function indicates we're and
returns returning a that function
void pointer to function takes an int
|--| | |---|
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);Ngoài ra, nó có thể trả về SIG_ERR khi có lỗi.
Làm một ví dụ bạn phải bấm CTRL-C hai lần mới thoát.
Tôi muốn nói rõ rằng chương trình này dính hành vi không xác định (undefined behavior) ở vài chỗ. Nhưng nó chắc sẽ chạy với bạn, và khó nghĩ ra demo di động mà không trivial.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
int count = 0;
void sigint_handler(int signum)
{
// The compiler is allowed to run:
//
// signal(signum, SIG_DFL)
//
// when the handler is called. So we reset the handler here:
signal(SIGINT, sigint_handler);
(void)signum; // Get rid of unused variable warning
count++; // Undefined behavior
printf("Count: %d\n", count); // Undefined behavior
if (count == 2) {
printf("Exiting!\n"); // Undefined behavior
exit(0);
}
}
int main(void)
{
signal(SIGINT, sigint_handler);
printf("Try hitting ^C...\n");
for(;;); // Wait here forever
}Một điều bạn sẽ để ý là ở dòng 14 ta reset signal handler. Đó là vì C có quyền reset signal handler về hành vi SIG_DFL trước khi chạy handler tuỳ chỉnh của bạn. Nói cách khác, nó có thể chỉ chạy một lần. Nên ta reset ngay lập tức để bắt được lần kế tiếp.
Ta bỏ qua giá trị trả về của signal() trong trường hợp này. Nếu ta đã set một handler khác trước đó, nó sẽ trả về con trỏ tới handler đó, mà ta có thể lấy kiểu này:
// old_handler is type "pointer to function that takes a single
// int parameter and returns void":
void (*old_handler)(int);
old_handler = signal(SIGINT, sigint_handler);Nói thật tôi không rõ use case phổ biến cho chuyện này. Nhưng nếu bạn cần handler cũ vì lý do nào đó, bạn có thể lấy theo cách đó.
Ghi chú nhanh về dòng 16, đó chỉ là cách báo compiler đừng warning rằng ta không dùng biến này. Giống như nói, “Tôi biết tôi không dùng nó, ông không cần cảnh báo tôi đâu.”
Và cuối cùng bạn sẽ thấy tôi đã đánh dấu hành vi không xác định ở vài chỗ. Xem thêm ở phần kế tiếp.
Hoá ra ta khá bị giới hạn về những gì có thể và không thể làm trong signal handler. Đây là một trong những lý do tôi bảo bạn đừng thèm dính vào cái này và dùng signal handling của OS thay thế (ví dụ sigaction() cho các hệ Unix-like).
Wikipedia nói thẳng rằng thứ duy nhất thực sự di động bạn làm được là gọi signal() với SIG_IGN hay SIG_DFL, thế thôi.
Đây là những gì ta không thể làm một cách di động:
printf() chẳng hạn.static cục bộ, scope file, hay thread-local.
volatile sig_atomic_t.Cái cuối đó, sig_atomic_t, là tấm vé để bạn đưa dữ liệu ra khỏi signal handler. (Trừ khi bạn muốn dùng lock-free atomic object, vốn nằm ngoài phạm vi phần này173.) Nó là kiểu số nguyên, có thể có dấu hoặc không. Và nó bị giới hạn bởi thứ bạn có thể nhét vào.
Bạn có thể xem giá trị min và max cho phép trong macro SIG_ATOMIC_MIN và SIG_ATOMIC_MAX174.
Gây bối rối là spec cũng nói bạn không được “refer tới bất kỳ object nào có static hay thread storage duration mà không phải lock-free atomic object ngoại trừ bằng cách gán giá trị vào một object được khai báo là volatile sig_atomic_t […]”
Tôi hiểu ý này là bạn không thể đọc hay ghi bất cứ gì không phải lock-free atomic object. Ngoài ra bạn có thể gán vào một object volatile sig_atomic_t.
Nhưng bạn đọc từ nó được không? Thật lòng tôi không thấy lý do gì không được, trừ việc spec rất chăm chỉ nhắc chuyện “gán vào”. Nhưng nếu bạn phải đọc nó và ra quyết định dựa trên đó, bạn có thể mở ra chỗ cho race condition nào đó.
Có cái đó trong đầu, ta có thể viết lại đoạn “bấm CTRL-C hai lần để thoát” sao cho di động hơn chút, tuy output có kiệm lời hơn.
Đổi handler SIGINT của ta để không làm gì ngoại trừ tăng một giá trị kiểu volatile sig_atomic_t. Nó sẽ đếm số lần CTRL-C đã được bấm.
Rồi trong vòng lặp main, ta sẽ kiểm tra xem counter đó đã vượt quá 2 chưa, và bail ra nếu có.
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
volatile sig_atomic_t count = 0;
void sigint_handler(int signum)
{
(void)signum; // Unused variable warning
signal(SIGINT, sigint_handler); // Reset signal handler
count++; // Undefined behavior
}
int main(void)
{
signal(SIGINT, sigint_handler);
printf("Hit ^C twice to exit.\n");
while(count < 2);
}Lại hành vi không xác định? Tôi đọc đây là có, vì ta phải đọc giá trị để tăng rồi lưu lại. Một thread khác có thể nghịch count và làm ta phát cáu. Nhưng trong ví dụ đơn giản này, không có thread khác làm chuyện đó, nên ta bỏ qua được và tận hưởng demo.
Nếu ta chỉ muốn trì hoãn thoát thêm một lần bấm CTRL-C, ta làm được mà không khổ lắm. Nhưng thêm nữa thì cần mấy chuỗi hàm nhố nhăng.
Cái ta sẽ làm là xử lý một lần, và handler sẽ reset signal về hành vi mặc định (tức là thoát):
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void sigint_handler(int signum)
{
(void)signum; // Unused variable warning
signal(SIGINT, SIG_DFL); // Reset signal handler
}
int main(void)
{
signal(SIGINT, sigint_handler);
printf("Hit ^C twice to exit.\n");
while(1);
}Sau này khi nhìn vào biến lock-free atomic, ta sẽ thấy cách sửa phiên bản dùng count (giả sử biến lock-free atomic có sẵn trên hệ cụ thể của bạn).
Đó là lý do ngay từ đầu tôi đã gợi ý bạn check signal system tích hợp sẵn của OS như phương án nhiều khả năng ngon hơn.
signal()Lần nữa, dùng signal handling tích hợp sẵn của OS hay cái tương đương. Nó không có trong spec, không di động bằng, nhưng có lẽ mạnh hơn nhiều. Cộng thêm OS của bạn có lẽ định nghĩa một số signal không có trong spec C. Và viết code di động dùng signal() dù sao cũng khó.