Обработка сигналов в Linux на C++
Большинство программ не обрабатывает сигналы в явном виде, это скорее потому, что высокоуровневые библиотеки сами заботятся об этом. И программисту можно не беспокоится.
Но часто нужно написать консольную утилиту, или демон, которые просто обязаны уметь совладать с обработкой сообщений.
#include #include #include #include
Будем обрабатывать сигнал завершения программы. Ведь нужно иногда перед завершением сохранить информацию и т.д.
Мы же просто выведем сообщение о завершении.
Обработчик:
Вообще весь механизм очень похож на работу с прерываниями в микроконтроллерах. Обработчик сигнала (как и прерывание) будет выполнен при поступлении сигнала независимо от действий выполняемых программой.
Теперь main функция:
int main(int argc, char ** argv) < struct sigaction sa; sigset_t newset; sigemptyset(&newset); // чистимся sigaddset(&newset, SIGHUP); // добавляем сигнал SIGHUP sigprocmask(SIG_BLOCK, &newset, 0); // блокируем его sa.sa_handler = term_handler; // указываем обработчик sigaction(SIGTERM, &sa, 0); // обрабатываем сигнал SIGTERM printf("My pid is %i\n", getpid()); // выводим PID процесса printf("Waiting. \n"); while(1) sleep(1); // ждём return EXIT_FAILURE; > В ходе программы мы создаём экземпляр структуры sigaction для назначения обработчика. Мы блокируем сигнал SIGHUP для того, чтобы он не завершил программу раньше чем нам нужно и обрабатываем SIGTERM. После всех настроек мы просто ожидаем.
Вывод программы:
Если завершить программу будет выведено сообщение:
Функция обработчик сигналов
Данная функция вызывается, когда процесс (или нить) получает неблокируемый сигнал. Дефолтный обработчик завершает наш процесс (нить). Но мы можем сами определить обработчики для интересующих нас сигналов. Следует очень осторожно относится к написанию обработчика сигналов, это не просто функция, выполняющаяся по коллбеку, происходит прерывание текущего потока выполнения без какой либо подготовительной работы, таким образом глобальные объекты могут находится в неконсистентном состоянии. Автор не берется приводить свод правил, так как сам их не знает, и призывает последовать совету Kobolog (надеюсь он не против, что я ссылаюсь на него) и изучить хотя бы вот этот материал FAQ.
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); - функция не блокирует получение других сигналов пока выполняется текущий обработчик, он будет прерван и начнет выполняться новый обработчик
- после первого получения сигнала (для которого мы установили свой обработчик), его обработчик будет сброшен на SIG_DFL
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); - sa_handler — аналогичен sighandler_t в функции signal
- sa_mask — маска сигналов который будут блокированы пока выполняется наш обработчик. + по дефолту блокируется и сам полученный сигнал
- sa_flags — позволяет задать дополнительные действия при обработке сигнала о которых лучше почитать тут
struct sigaction act; memset(&act, 0, sizeof(act)); act.sa_handler = hdl; sigset_t set; sigemptyset(&set); sigaddset(&set, SIGUSR1); sigaddset(&set, SIGUSR2); act.sa_mask = set; sigaction(SIGUSR1, &act, 0); sigaction(SIGUSR2, &act, 0); Здесь мы установили наш обработчик для сигналов SIGUSR1 и SUGUSR2, а также указали, что необходимо блокировать эти же сигналы пока выполняется обработчик.
С обработчиком сигналов есть один не очень удобный момент, он устанавливается на весь процесс и все порожденные нити сразу. Мы не имеет возможность для каждой нити установить свой обработчик сигналов.
Но при этом следует понимать что когда сигнал адресуется процессу, обработчик вызывается именно для главной нити (представляющей процесс). Если же сигнал адресуется для нити, то обработчик вызывается из контекста этой нити. См пример 1.
Блокирование сигналов
Для того, чтобы заблокировать некоторый сигналы для процесса, необходимо добавить их в маску сигналов данного процесса. Для этого используется функция
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); Мы можем к уже существующей маске сигналов добавить новые сигналы (SIG_BLOCK), можем из этой маски убрать часть сигналов (SIG_UNBLOCK), а так же установить полностью нашу маску сигналов (SIG_SETMASK).
Для работы с маской сигналов внутри нити используется функция
int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); которая позволяет сделать все тоже, но уже для каждой нити в отдельности.
Невозможно заблокировать сигналы SIGKILL или SIGSTOP при помощи этих функций. Попытки это сделать будут игнорироваться.
sigwait
Данная функция позволяет приостановить выполнении процесса (или нити) до получения нужного сигнала (или одного из маски сигналов). Особенностью этой функции является то, что при получении сигнала не будет вызвана функции обработчик сигнала. См. пример 2.
Посыл сигнала
int kill(pid_t pid, int sig); int raise(int sig); С первой все понятно. Вторая нужна для того, чтобы послать сигнал самому себе, и по сути равносильна kill(getpid(), signal). Функция getpid() возвращает PID текущего процесса.
Для того, чтобы послать сигнал отдельной нити, используется функция
int pthread_kill(pthread_t thread, int sig); Пример использования сигналов
Все, что я описал выше, не дает ответа на вопрос «Зачем мне использовать сигналы». Теперь я хотел бы привести реальный пример использования сигналов и где без них попросту не обойтись.
Представьте, что вы хотите читать или писать какие-то данные в какое то устройство, но это может привести к блокированию. Ну например, чтение в случае работы с сокетами. Или может быть запись в пайп. Вы можете вынести это в отдельный поток, чтобы не блокировать основную работу. Но что делать когда вам нужно завершить приложение? Как корректно прервать блокирующую операцию IO? Можно было бы задавать таймаут, но это не очень хорошее решение. Для этого есть более удобные средства: функции pselect и ppoll. Разница между ними исключительно в юзабельности, поведение у них одинаковое. В первую очередь эти функции нужны для мультиплексирования работы с IO (select/poll). Префикс ‘p’ в начале функции указывает на то, что данная функция может быть корректно прервана сигналом.
Итак, сформулируем требование:
Необходимо разработать приложение, открывающее сокет (для простоты UDP) и выполняющее в потоке операцию чтения. Данное приложение должно корректно без задержек завершаться по требованию пользователя.
Функция треда выглядит вот так
void* blocking_read(void* arg) < if(stop) < // не успели стартовать, а нас уже прикрыли ? std::cout // Блокируем сигнал SIGINT sigset_t set, orig; sigemptyset(&set); sigaddset(&set, SIGINT); sigemptyset(&orig); pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &set, &orig); if(stop) < // пока мы устанавливали блокировку сигнала он уже произошол // возвращаем все как было и выходим std::cout // Здесь нас не могут прервать сигналом SIGINT std::cout // Мы либо считали данные, либо произошла какаято ошибка. Но мы не получали // сигнала о завершении работы и продолжаем работать "по плану" close(sockfd); pthread_exit((void *)0); > - проверяем, что пока стартовал тред его еще не пожелали завершить
- блокируем завершающий сигнал
- проверяем, что пока блокировали, нас не пожелали завершить
- вызываем ppoll передавая в качестве последнего параметра маску сигналов по которой ждется сигнал
- после выхода из ppoll проверяем что вышли не из за сигнала о завершении
Устанавливаем наш обработчик для SIGINT, и когда нужно завершить дочерний поток шлем ему этот сигнал.
Полный листинг см. пример 3.
На мой взгляд, недостатком данного способа является то, что в случае нескольких потоков мы можем завершить их только все сразу. Нет возможности устанавливать свой обработчик сигналов для каждого треда. Таким образом, нет возможности реализовать полноценное межпоточное взаимодействие через сигналы. Linux way это не предусматривает.
PS. Исходные коды разместил на сервисе PasteBin (ссылку не даю, а то еще за рекламу посчитают).
PPS. Прошу простить за обилие ошибок. Язык, слабая моя сторона. Спасибо, всем кто помог их исправить.
Данная статья не претендует на полное (и глубокое) описание работы с сигналами и нацелена в первую очередь на тех, кто до этого момента не сталкивались с понятием «сигнал». Для более глубоко понимания работы сигналов автор призывает обратиться в более компетентные источники и ознакомиться с конструктивной критикой в комментариях.