APR源代码分析-信号篇

U know 信号是Unix的重要系统机制。信号机制使用起来很简单，但是理解起来有并不是那么Easy。APR Signal的封装也并不繁琐，代码量很少，所以分析APR Signal的过程其实就是学习Signal机制的过程。

一、信号介绍
1、Signal“历史久远”，在最初的Unix系统上就能看到它“伟岸”的身影。它的引入用来进行User Mode进程间的交互，系统内核也可以利用它通知User Mode进程发生了哪些系统事件。从最开始引入到现在，信号只是做了很小的一些改动（不可靠信号模型到可靠信号模型）。

2、信号服务于两个目的：
1) 通知某进程某特定事件发生了；
2) 强制其通知进程执行相应的信号处理程序。

二、基础概念
1、信号的一个特性就是可以在任何时候发给某一进程，而无需知道该进程的状态。如果该进程当前并未处于执行态，则该信号被内核Save起来，直到该进程恢复执行才传递给它；如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞被取消它才被传递给进程。

2、系统内核严格区分信号传送的两个阶段：
1) Signal Generation : 系统内核更新目标进程描述结构来表示一个信号已经被发送出去。
2) Signal Delivery : 内核强制目标进程对信号做出反应，或执行相关信号处理函数，或改变进程执行状态。
信号的诞生和传输我们可以这样理解：把信号作为“消费品”，其Generation状态就是“消费品诞生”，其Delivery状态就是理解为“被消费了”。这样势必存在这样的一个情况：“消费品诞生了，但是还没有被消费掉”，在信号模型中，这样的状态被称为“pending”(悬而未决)。

任何时候一个进程只能有一个这样的某类型的pending信号，同一进程的其他同类型的pending信号将不排队，将被简单的discard(丢弃)掉。

3、如何消费一个signal
1) 忽略该信号；[注1]
2) 响应该信号，执行一特定的信号处理函数；
3) 响应该信号，执行系统默认的处理函数。包括：Terminate、Dump、Ignore、Stop、Continue等。
这里有特殊：SIGKILL和SIGSTOP两个信号不能忽略、不能捕捉、不能阻塞，而只是执行系统默认处理函数。

三、APR Signal封装
APR Signal源代码的位置在$(APR_HOME)/\threadproc目录下，本篇blog着重分析unix子目录下的signals.c文件内容，其相应头文件为$(APR_HOME)/include/apr_signal.h。

1、apr_signal函数
Unix信号机制提供的最简单最常见的接口是signal函数，用来设置某特定信号的处理函数。但是由于早期版本和后期版本处理信号方式的不同，导致现在直接使用signal函数在不同的平台上可能得到不同的结果。
早期版本处理方式：进程每次处理信号后，随即将信号的处理动作重置为默认值。
后期版本处理方式：进程每次处理信号后，信号的处理动作不被重置为默认值。

我们举例测试一下：分别在Solaris 9 、Cygwin和RedHat Linux 9上。
例子：
E.G 1:
void siguser1_handler(int sig);

int main(void)
{
        if (signal(SIGUSR1, siguser1_handler) == SIG_ERR) {
                perror("siguser1_handler error");
                exit(1);
        }
        while (1) {
                pause();
        }
}

void siguser1_handler(int sig)
{
printf("in siguser1_handler, %d\n", sig);
}

input:
kill -USR1 9122
kill -USR1 9122

output:(Solaris 9)
in siguser1_handler, 16
用户信号1 (程序终止)

output:(Cygwin and RH9)
in siguser1_handler, 30
in siguser1_handler, 30
…
..

E.G 1结果表示在Solaris 9上，信号的处理仍然按照早期版本的方式，而Cygwin和RH9则都按照后期版本的方式。
那么有什么替代signal函数的办法么？在最新的X/Open和UNIX specifications中都推荐使用一个新的信号接口sigaction，该接口采用后期版本的信号处理方式。在《Unix高级环境编程》中就有使用sigaction实现signal的方法，而APR恰恰也是使用了该方法实现了apr_signal。其代码如下：
APR_DECLARE(apr_sigfunc_t *) apr_signal(int signo, apr_sigfunc_t * func)
{
struct sigaction act, oact;

    act.sa_handler = func;
    sigemptyset(&act.sa_mask); ——————(1)
    act.sa_flags = 0;
#ifdef SA_INTERRUPT             /* SunOS */
    act.sa_flags |= SA_INTERRUPT;
#endif
    … …

    if (sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
        return SIG_ERR;
    return oact.sa_handler;
}

(1) 这里有一个Signal Set(信号集)的概念，通过相关函数操作信号集以改变内核传递信号给进程时的行为。Unix用sigset_t结构来表示信号集。信号集总是和sigprocmask或sigaction一起使用。关于信号集和sigprocmask函数将在下面详述。

2、apr_signal_block和apr_signal_unblock
这两个函数分别负责阻塞和取消阻塞内核传递某信号给目标进程。其主要利用的就是sigprocmask函数来实现的。每个进程都有其对应的信号屏蔽字，它让目标进程能够通知内核“哪些传给我的信号该阻塞，哪些畅通无阻”。在《Unix高级环境编程》中作者有这么一段说明“如果在调用sigprocmask后有任何未决的、不再阻塞的信号，则在sigprocmask返回前，至少将其中之一递送给该进程。”能理解这句我想信号屏蔽字这块儿也就没什么问题了。在Unix高级环境编程》中作者举了一个很不错的例子，讲解的也很详细。这里想举例说明的是：如果多次调用SET_BLOCK的sigprocmask设置屏蔽字，结果是什么呢？

E.G 3
int main(void)
{
sigset_t newmask, oldmask, pendmask;

        /* 设置进程信号屏蔽字, 阻塞SIGQUIT */
        sigemptyset(&newmask);
        sigaddset(&newmask, SIGQUIT);

        if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0) {
                perror("SIG_BLOCK error");
        }

printf("1st to wait 30 seconds\n");
sleep(30);

        /* 第一次察看当前的处于pend状态的信号 */
        if (sigpending(&pendmask) < 0) {
                perror("sigpending error");
        }

        if (sigismember(&pendmask, SIGQUIT)) {
                printf("SIGQUIT pending\n");
        } else {
                printf("SIGQUIT unpending\n");
        }

if (sigismember(&pendmask, SIGUSR1)) {

        if (sigismember(&pendmask, SIGUSR1)) {
                printf("SIGUSR1 pending\n");
        } else {
                printf("SIGUSR1 unpending\n");
        }

        /* 重新设置屏蔽字, 阻塞SIGUSR1 */
        sigemptyset(&newmask);
        sigaddset(&newmask, SIGUSR1);

        if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0) {
                perror("SIG_BLOCK error");
        }

printf("2nd to wait 30 seconds\n");
sleep(30);

        /* 再次察看当前的处于pend状态的信号 */
        if (sigpending(&pendmask) < 0) {
                perror("sigpending error");
        }

        if (sigismember(&pendmask, SIGQUIT)) {
                printf("SIGQUIT pending\n");
        } else {
                printf("SIGQUIT unpending\n");
        }

        if (sigismember(&pendmask, SIGUSR1)) {
                printf("SIGUSR1 pending\n");
        } else {
                printf("SIGUSR1 unpending\n");
        }
        exit(0);
}

//output:
1st to wait 30 seconds
^\
SIGQUIT pending
SIGUSR1 unpending
2nd to wait 30 seconds — 这之后发送kill -USR1 28821
SIGQUIT pending
SIGUSR1 pending

第一次输出SIGUSR1 unpending是因为并未发送USR1信号，所以自然为unpending状态；我想说的是第二次重新sigprocmask时我们仅加入了SIGUSR1,并未显示加入SIGQUIT，之后察看pending信号中SIGQUIT仍然为pending状态，这说明两次SET_BLOCK的sigprocmask调用是"或"的关系，第二次SET_BLOCK的sigprocmask调用不会将第一次SET_BLOCK的sigprocmask调用设置的阻塞信号变为非阻塞的。

四、总结
信号简单而强大，如果想深入了解signal的实现，参考资料中的第二本书会给你满意的答案。

五、参考资料：
1、《Unix高级环境编程》
2、《深入理解Linux内核》

[注1]
忽略信号和阻塞信号
前者相当于一个消费行为，该信号的状态为“已消费”，而后者只是将信号做缓存，等待阻塞打开，再交给进程消费，其状态为“未消费”，也相当于处于pending状态。