Программирование для Linux. Профессиональный подход - Марк Митчелл

В ответ на полученный сигнал процесс выполняет ряд действий в зависимости от типа сигнала. У каждого сигнала есть стандартный обработчик, определяющий, что произойдет с процессом, если он попытается проигнорировать сигнал. Для большинства сигналов можно также задавать явную функцию обработки. В этом случае при поступлении сигнала выполнение программы приостанавливается, выполняется обработчик, а потом программа возобновляет свою работу.

Операционная система Linux посылает процессам сигналы в случае возникновения определенных ситуаций. Например, сигналы SIGBUS (ошибка на шине), SIGSEGV (нарушение сегментации) и SIGFPE (ошибка операции с плавающей запятой) могут быть посланы процессу, пытающемуся выполнить неправильную операцию. По умолчанию эти сигналы приводят к завершению процесса и созданию дампа оперативной памяти.

Процесс может сам послать сигнал другому процессу. Чаще всего возникает необходимость завершить требуемый процесс с помощью сигнала SIGTERM или SIGKILL.[12] С помощью сигналов можно также передавать команды выполняющимся программам. Для этого существуют "пользовательские" сигналы SIGUSR1 и SIGUSR2. Иногда в аналогичных целях применяется сигнал SIGHUP, с помощью которого можно заставить программу повторно прочитать свои файлы конфигурации.

Функция sigaction() определяет правила обработки указанного сигнала. Первый ее аргумент — это номер сигнала. Следующие два аргумента представляют собой указатели на структуру sigaction; первый из них регистрирует новый обработчик сигнала, а второй содержит описание предыдущего обработчика. Наиболее важным полем структуры sigaction является sa_handler. Оно может содержать одно из трех значений:

■ SIG_DFL — выбор стандартного обработчика сигнала;

■ SIG_IGN — игнорирование сигнала,

■ указатель на функцию обработки сигнала; эта функция должна принимать один параметр (номер сигнала) и возвращать значение типа void.

Поскольку сигнал может прийти в любой момент, он способен застать программу "врасплох" за выполнением критической операции, не подразумевающей прерывание. Такой операцией, к примеру, является обработка предыдущего сигнала. Отсюда правило: следует избегать операций ввода-вывода и вызовов большинства библиотечных и системных функций в обработчиках сигналов.

Обработчик должен выполнять минимум действий в ответ на получение сигнала и как можно быстрее возвращать управление в программу (или просто завершать ее работу). В большинстве случаев обработчик просто фиксирует факт поступления сигнала, а основная программа периодически проверяет, был ли сигнал, и реагирует должным образом.

Тем не менее возможность прерывания обработчика никогда нельзя исключать. Это очень сложная ситуация для диагностирования и отладки (и наглядный пример состояния гонки, о котором пойдет речь в разделе 4.4. "Синхронизация потоков и критические секции"). Необходимо внимательно следить за тем, что именно делается в обработчике.

Даже присвоение значения глобальной переменной несет потенциальную опасность, так как данная операция может занять два или три такта процессора, а за это время успеет прийти следующий сигнал, вследствие чего переменная окажется поврежденной. Если обработчик использует какую-то переменную в качестве флага поступления сигнала, она должна иметь специальный тип sig_atomic_t. Linux гарантирует, что операция присваивания значения такой переменной займет ровно один такт и не будет прервана. На самом деле тип sig_atomic_t в Linux эквивалентен типу int; более того, операции присваивания целочисленных переменных (32- и 16-разрядных) и указателей всегда атомарны. Использовать тип sig_atomic_t необходимо для того, чтобы программу можно было перенести в любую стандартную UNIX-систему.

В листинге 3.5 представлен шаблон программы, в которой функция-обработчик подсчитывает, сколько раз программа получает сигнал SIGUSR1.

#include <signal.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

sig_atomic_t sigusr1_count = 0;

void handler(int signal_number) {

 ++sigusr1_count;

}

int main() {

 struct sigaction sa;

 memset(&sa, 0, sizeof(sa));

 sa.sa_handler = &handler;

 sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);

 /* далее идет основной текст. */

 /* ... */

 printf("SIGUSR1 was raised %d timesn", sigusr1_count);

 return 0;

}

3.4. Завершение процесса

Обычно процесс завершается одним из двух способов: либо выполняющаяся программа вызывает функцию exit(), либо функция main() заканчивается. У каждого процесса есть код завершения — число, возвращаемое родительскому процессу. Этот код передается в качестве аргумента функции exit() или возвращается функцией main().

Возможно также аварийное завершение процесса, в ответ на получение сигнала. Таковыми могут быть, например, упоминавшиеся выше сигналы SIGBUS, SIGSEGV и SIGFPE. Есть сигналы, явно запрашивающие прекращение работы процесса. В частности, сигнал SIGINT посылается, когда пользователь нажимает <Ctrl+C>. Сигнал SIGTERM посылается процессу командной kill по умолчанию. Если программа вызывает функцию abort(), она посылает сама себе сигнал SIGABRT. Самый "могучий" из всех сигналов — SIGKILL: он приводит к безусловному уничтожению процесса и не может быть ни блокирован, ни обработан.

Любой сигнал можно послать с помощью команды kill, указав дополнительный флаг. Например, чтобы уничтожить процесс, послав ему сигнал SIGKILL, воспользуйтесь следующей командой:

% kill -KILL идентификатор_процесса

Для отправки сигнала из программы предназначена функция kill(). Ее первым аргументом является идентификатор процесса. Второй аргумент — номер сигнала (стандартному поведению команды kill соответствует сигнал SIGTERM). Например, если переменная child_pid содержит идентификатор дочернего процесса, то следующая функция, вызываемая из родительского процесса, вызывает завершение работы потомка:

kill(child_pid, SIGTERM);

Для использования функции kill() необходимо включить в программу файлы <sys/types.h> и <signal.h>.

По существующему соглашению код завершения указывает на то, успешно ли выполнилась программа. Нулевой код говорит о том, что все в порядке, ненулевой код свидетельствует об ошибке. В последнем случае конкретное значение кода может подсказать природу ошибки. Подобным образом функционируют все компоненты GNU/Linux. Например, на это рассчитывает интерпретатор команд, когда в командных сценариях вызовы программ объединяются с помощью операторов && (логическое умножение) и || (логическое сложение) Таким образом, функция main() должна явно возвращать 0 при отсутствии ошибок.

Помните о следующем ограничении: несмотря на то что тип параметра функции exit(), как и тип возвращаемого значения функции main(), равен int, операционная система Linux записывает код завершения лишь в младший из четырех байтов. Это означает, что значение кода должно находиться в диапазоне от 0 до 127. Коды, значение которых больше 128, интерпретируются особым образом: когда процесс уничтожается вследствие получения сигнала, его код завершения равен 128 плюс номер сигнала.

3.4.1. Ожидание завершения процесса

Читатели, запускавшие программу fork-exec (см. листинг 3.4), должно быть, обратили внимание на то, что вывод команды ls часто появляется после того, как основная программа уже завершила свою работу. Это связано с тем, что дочерний процесс, в котором выполняется команда ls, планируется независимо от родительского процесса. Linux — многозадачная операционная система, процессы в ней выполняются одновременно, поэтому нельзя заранее предсказать, кто — предок или потомок — завершится раньше.

Но бывают ситуации, когда родительский процесс должен дождаться завершения одного или нескольких своих потомков. Это можно сделать с помощью функций семейства wait(). Они позволяют родительскому процессу получать информацию о завершении дочернего процесса. В семейство входят четыре функции, различающиеся объемом возвращаемой информации, а также способом задания дочернего процесса.

3.4.2. Системные вызовы wait()

Самая простая функция в семействе называется wait(). Она блокирует вызывающий процесс до тех пор, пока один из его дочерних процессов не завершится (или не произойдет ошибка). Код состояния потомка возвращается через аргумент, являющийся указателем на целое число. В этом коде зашифрована различная информация о потомке. Например, макрос WEXITSTATUS() возвращает код завершения дочернего процесса. Макрос WIFEXITED() позволяет узнать, как именно завершился процесс: обычным образом (с помощью функции exit() или оператора return функции main()) либо аварийно вследствие получения сигнала. В последнем случае макрос WTERMSIG() извлекает из кода завершения номер сигнала.