Trong phần này của hướng dẫn, chúng ta sẽ xem xét cách chặn signal, và một số thực hành tốt nhất để viết các hàm signal handler mà không gặp rắc rối nghiêm trọng. Nhưng trước tiên, hãy đi vào một số chi tiết tinh tế.
Hãy nói về những thứ kỳ lạ.
Điều gì xảy ra nếu signal handler của bạn đang chạy và một signal khác đến? Một cách hợp lý, theo mặc định, signal thứ hai sẽ bị hoãn lại cho đến khi signal handler kết thúc31.
OK vậy thì… Điều gì xảy ra nếu đã có một signal bị hoãn và một signal khác đến? Trong trường hợp đó, hai signal bị gộp thành một và chỉ có một cái đến! Nếu bạn nhận được một signal, bạn có thể chắc chắn rằng nó đã được phát một hoặc nhiều lần trước khi handler của bạn thấy nó.
Vì vậy đừng mong đợi một số lần đếm. Khi handler của bạn được gọi, tất cả những gì bạn có thể chắc chắn là signal đã được phát ít nhất một lần.
Bây giờ trở lại những thứ thú vị.
Bạn có thể chặn signal không đến. Điều này không loại bỏ signal; nó chỉ giữ chúng lại một lúc. Nếu bạn đang chặn một signal và nó đến, sẽ không có gì xảy ra… cho đến khi bạn bỏ chặn và nó sẽ đến ngay lập tức.
Bạn làm điều này với lệnh gọi sigprocmask()32. Hàm này thao tác bảng signal bị chặn của từng tiến trình.
Đây là nguyên mẫu:
#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *restrict set,
sigset_t *restrict oset);Hơi lộn xộn, nhưng how đang nói “chặn hay bỏ chặn”. Và set là tập hợp các signal cần chặn. Cuối cùng, oset là tập hợp trước đó của các signal bị chặn để bạn có thể chuyển lại sau. Bạn có thể đặt oset thành NULL nếu bạn không quan tâm đến tập hợp trước đó.
Trường how có thể được đặt thành ba thứ tuyệt vời:
how |
Mô tả |
|---|---|
SIG_BLOCK |
Thêm signal vào danh sách signal đang bị chặn hiện tại. |
SIG_UNBLOCK |
Loại bỏ signal khỏi danh sách signal đang bị chặn hiện tại. |
SIG_SETMASK |
Đặt danh sách signal đang bị chặn hiện tại chính xác thành danh sách này. |
Vậy hãy thử trong demo này, sigblock.c33:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
int main(void)
{
sigset_t mask, oldmask;
// Make a set with SIGINT in it
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, SIGINT);
// Block everything in that set
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &oldmask);
// SIGINT is blocked for now!
puts("Try to ^C out of here! You can't for 5 seconds!");
sleep(5);
// Back to how it was before, presumably without blocking SIGINT
puts("Ok, now you can.");
sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);
puts("If you hit ^C, this won't print.");
}Nếu bạn nhấn CTRL-C trong khi sleep(), bạn sẽ thấy chương trình không bị ngắt. Bạn đang tạo ra SIGINT, nhưng chúng bị chặn. Và chúng sẽ được gửi ngay khi bị bỏ chặn, điều xảy ra với sigprocmask(SIG_SETMASK... ở dòng 22.
Và vì chúng bị bỏ chặn và chúng ta đang dùng default handler (thoát), tiến trình sẽ thoát ngay sau khi chúng ta bỏ chặn chúng, trước khi puts() cuối cùng.
Vì các hàm signal handler bị hạn chế như vậy, pattern chung mà các lập trình viên thích là để signal handler thực sự không làm gì ngoài việc thông báo cho code chính rằng điều gì đó đã xảy ra, và chỉ vậy thôi.
Hãy xem một biến thể của ví dụ trước. Lưu ý đây không phải là cách bạn nên code điều này.
volatile sig_atomic_t signal_happened;
void handler(int sig)
{
signal_happened = 1;
}
int main(void)
{
// ... signal setup ...
while (!signal_happened) { /* spin */ }
puts("Signal happened!");
signal_happened = 0;
// ... etc. ...
}Bạn không muốn làm điều này vì nó chỉ quay vòng ngốn CPU như thể không có ngày mai trong khi chờ signal. Nhưng đó là một ví dụ cơ bản về pattern chung. Chúng ta chỉ cần loại bỏ spin-wait.
Điều này có nghĩa là chúng ta sẽ cho tiến trình chính ngủ theo cách nào đó, ví dụ:
while (!signal_happened) { sleep(1000000); }Tốt hơn rồi! Giả sử bạn không chỉ định SA_RESTART, sleep() sẽ thất bại với EINTR ngay khi signal được phát và bạn sẽ thoát khỏi vòng lặp. Đúng là nó thức dậy để kiểm tra mỗi mười một ngày rưỡi, và điều đó dùng một chút CPU, nhưng đó là điều tôi có thể chấp nhận.
Và, như chúng ta đã thấy trước đó, điều tuyệt vời ở đây là signal handler đã không làm gì ngoài việc thực hiện một ghi atomic vào một biến global. Mọi thứ khác được xử lý gọn gàng bởi chương trình, vì vậy chúng ta không phải lo lắng về các ghi không-atomic hoặc race condition.
Nhưng chương trình đó thật nhàm chán! Nó không làm gì cả!
Nếu chúng ta muốn ứng dụng làm việc và xử lý signal thì sao? Ôi thôi, đừng phát điên.
Đoán xem! Chúng ta có các lựa chọn. Tôi sẽ đưa ra hai ở đây, và bạn thực sự có thể dùng bất kỳ cái nào phù hợp. Cả hai đều giả định bạn đang sử dụng thứ gì đó như select() hoặc poll() để xử lý các sự kiện I/O bất đồng bộ và đó là thứ điều khiển chương trình của bạn. Hoặc ít nhất, chúng giả định rằng bạn có thể điều chỉnh code để làm điều đó.
Và nếu bạn cần ôn lại, hãy xem Hướng dẫn Lập trình Mạng của Beej34, đặc biệt là các phần về poll()35 và select()36.
Nếu bạn đã sử dụng select() hoặc poll() để chờ đợi các sự kiện, cách tiếp cận này có thể hoạt động cho bạn khá tiện.
Ý tưởng là bạn sẽ tạo một pipe. Tiến trình chính thêm đầu đọc của pipe vào tập hợp file descriptor mà select() hoặc poll() của nó đang chờ.
Sau đó, khi một signal đến, signal handler ghi một định danh đơn giản vào pipe. Sau đó tiến trình chính sẽ trở về từ select() hoặc poll() và bạn có thể xem những gì trong pipe. Định danh cho bạn biết signal nào đã được xử lý.
Đây là một đoạn từ chương trình demo pipesig.c37. Nó chờ nhập văn bản từ stdin cũng như chờ thông tin đến trên pipe. (Trong trường hợp này, chúng ta sẽ dùng poll(), nhưng select() cũng hoạt động tốt như nhau.) Nó khởi động một tiến trình nền phát SIGUSR1 trên tiến trình cha mỗi vài giây.
int pipefd[2];
void handler(int sig)
{
(void)sig;
write(pipefd[1], "1", 1);
}Đó là tất cả cho signal handler! Nó chỉ đưa một ký tự ASCII 1 vào pipe. Hết.
Hãy xem cách nó được xử lý (code đã được đơn giản hóa ở đây trong văn bản—xem nguồn đầy đủ để thấy cách nó hoạt động):
struct pollfd pollfds[2] = {
{ .fd=0, .events=POLLIN },
{ .fd=pipefd[0], .events=POLLIN },
};
st = poll(pollfds, 2, 0);
// ...
if ((pollfds[0].revents & POLLIN)) {
if (fgets(line, sizeof line, stdin) == NULL) return;
int len = strlen(line);
if (line[len-1] == '\n') line[len-1] = '\0';
if (strcmp(line, "quit") == 0) return;
printf("You entered: \"%s\"\n", line);
}
else if ((pollfds[1].revents & POLLIN)) {
char sigdata[1024];
int count = read(pipefd[0], sigdata, sizeof sigdata);
for (int i = 0; i < count; i++)
if (sigdata[i] == '1')
printf("SIGUSR1 occurred\n");
}Ở đó chúng ta thiết lập mảng pollfds để theo dõi file descriptor 0 (standard input có thể từ bàn phím) và file descriptor pipefd[0], đầu đọc của pipe.
Nếu chúng ta nhận được gì đó từ stdin, chúng ta xử lý nó bằng cách in ra. Nếu chúng ta nhận được gì đó trên pipe, chúng ta kiểm tra định danh và in ra điều gì đã xảy ra. (Rõ ràng tôi có một số vấn đề ở đây nếu có hơn 1024 signal xảy ra trước khi tôi thức dậy để xử lý poll(), nhưng việc sửa điều đó được để lại như một bài tập cho bạn và môi trường tính toán hiệu năng cao của bạn.)
Đây là một số đầu ra từ một lần chạy mẫu:
Enter lines of text, or "quit" to quit.
hi
You entered: "hi"
SIGUSR1 occurred
This is a long lSIGUSR1 occurred
ine of text
You entered: "This is a long line of text"
SIGUSR1 occurred
quit
Quitting, sending SIGTERM to childKhá đơn giản. Đúng, signal handler đang gọi write() và dùng một pipe descriptor global không phải atomic, nhưng chúng ta chỉ đặt pipe descriptor ở đầu lần chạy trước khi signal handler được cài đặt. Và chúng ta không sửa đổi nó sau đó. Vì vậy sự an toàn tương đối được đảm bảo.
pselect()Nếu bạn đã dùng select(), đây có thể là cách sạch hơn so với pipe để thông báo cho tiến trình rằng một signal đã xảy ra.
Một hacker Unix thông minh đã nghĩ theo cách này: nếu có một phiên bản của select() có thể thức dậy khi một trong số các signal cụ thể được phát? Và nó có thể làm điều này ngoài tất cả việc giám sát file descriptor mà nó thường làm?
Và vì vậy họ đã tạo ra điều đó.
#include <sys/select.h>
int pselect(int nfds,
fd_set *restrict readfds,
fd_set *restrict writefds,
fd_set *restrict errorfds,
const struct timespec *restrict timeout,
const sigset_t *restrict sigmask);Trông giống select() phải không? Sự khác biệt duy nhất là:
struct timespec thay vì struct timeval.sigmask như tham số cuối.Trong demo, chúng ta sẽ để timeout là NULL nên nó không bao giờ hết thời gian, nhưng bạn hoàn toàn có thể thêm vào nếu muốn.
Và sigmask nên giữ một tập hợp các signal cần bị chặn trong khi gọi pselect()… cái mà không nên bao gồm signal bạn đang xử lý!
Nghe có vẻ vô nghĩa. Hãy xem cách tiếp cận tổng thể mà tiến trình chính sẽ thực hiện:
SIGUSR1.SIGUSR1 với sigprocmask().pselect() với sigmask không bao gồm SIGUSR1.pselect() trả về, kiểm tra xem có phải do signal không.Vậy nếu SIGUSR1 bị chặn, làm sao nó lọt qua được? Đây là phần ma thuật.
pselect() lấy sigmask bạn truyền vào và đặt signal mask của tiến trình thành nó. Giả sử bạn truyền một tập hợp rỗng. Trong trường hợp đó, không có signal nào bị chặn, và tất cả chúng sẽ lọt qua. Vì vậy trong khi bạn đang gọi pselect(), SIGUSR1 không bị chặn và nó có thể hoạt động.
Và rồi (cho phần ma thuật kia), sau khi signal đến, pselect() khôi phục signal mask của tiến trình về trạng thái trước đó.
Kết quả thực tế của tất cả điều này là tiến trình của bạn đã chặn SIGUSR1 ở mọi nơi ngoại trừ trong khi pselect() đang được gọi! Điều này cho bạn quyền kiểm soát trung tâm về thời điểm xử lý signal và phải làm gì.
Pseudocode cho pselect() trông gần như thế này:
pselect(readset, timeout, sigmask):
sigprocmask(SIG_SETMASK, sigmask, oldmask);
select(readset, timeout)
sigprocmask(SIG_SETMASK, oldmask, NULL);Tính năng chính là, vì đây là một syscall, tất cả điều này xảy ra nguyên tử từ góc nhìn của chúng ta. Chúng ta không thể viết điều này trong user space mà không bị racy.
Hãy xem ví dụ pselect.c38, giống như ví dụ poll() ở trên, ngoại trừ nó dùng pselect(). Đây là handler.
volatile sig_atomic_t sigusr1_happened;
void handler(int sig)
{
sigusr1_happened = 1;
}Một lần nữa, ngắn gọn. Chúng ta chỉ đặt một cờ atomic global cho biết signal đã xảy ra. Hãy xem phần code chính (một lần nữa, đã chỉnh sửa cho ngắn gọn):
sigset_t mask, oldmask;
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, SIGUSR1);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &oldmask);
// ...
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(0, &readfds);
st = pselect(1, &readfds, NULL, NULL, NULL, &oldmask);
if (st == -1 && errno == EINTR) {
if (sigusr1_happened) {
sigusr1_happened = 0;
printf("SIGUSR1 occurred\n");
}
} else if (st > 0 && FD_ISSET(0, &readfds)) {
if (fgets(line, sizeof line, stdin) == NULL)
return;
int len = strlen(line);
if (line[len-1] == '\n') line[len-1] = '\0';
if (strcmp(line, "quit") == 0)
return;
printf("You entered: \"%s\"\n", line);
}Một vài điều cần giải thích ở đây.
mask mới với SIGUSR1 trong đó và chặn signal đó.pselect().0 (stdin) vào readfds để pselect() sẽ trả về nếu chúng ta gõ gì đó.pselect().-1 và errno là EINTR, nghĩa là pselect() bị ngắt bởi một signal! Chúng ta sau đó kiểm tra global của mình để xem có phải là signal của chúng ta không.0 nghĩa là hết thời gian), phải là một trong các file descriptor của chúng ta. Chúng ta kiểm tra xem có phải file descriptor 0 (stdin) không, và nếu vậy, chúng ta đọc dữ liệu với fgets().Vì vậy, một lần nữa, chúng ta có phần xử lý signal ở vòng lặp chính nơi nó nằm trong tầm kiểm soát của chúng ta và chúng ta không phải đối phó với các vấn đề đồng thời khó chịu.
Phần oldmask đó khá kỳ lạ. Bằng cách làm như vậy, về cơ bản chúng ta đang nói với pselect() rằng chúng ta chỉ muốn được thông báo khi SIGUSR1 đến và không phải signal nào khác. Chúng ta chặn tất cả những gì đã bị chặn trước khi chúng ta thêm SIGUSR1 vào tập hợp. (Trong trường hợp này, không có signal nào khác, vì vậy oldmask là tập hợp rỗng.)
Vậy là đó. Một số kỹ thuật lạ lùng mà chúng ta có để thực sự xử lý đúng các POSIX signal. Những điểm chính là bạn có thể xử lý tất cả các loại signal và bạn có thể chặn việc gửi chúng. Ngoài ra bạn chỉ nên sửa đổi các biến global trong signal handler nếu chúng là atomic. Và nếu các biến global được ghi vào ở bất kỳ đâu trong khi handler đang hoạt động, chúng cũng nên là atomic.
Và nếu bạn muốn xử lý signal đúng cách, thực sự nên xử lý ở vòng lặp chính trừ khi bạn chỉ bỏ qua chúng. Và bạn có thể dùng pipe hoặc pselect() để hỗ trợ điều này.
Lập trình an toàn, và chú ý những con rồng!