使用 pipe 在程序正文中捕获和处理信号

我的上一篇文章研究了一下如何在程序的正文（而不是信号处理函数）中捕获和处理信号。当时用的方案是 sigprocmask()。但那个方法理论上是可能漏掉一些信号的。

真正安全的做法，是使用进程 / 线程间通信手段，在信号处理函数中向外发送信号，然后在程序正文中监听（epoll, select 等等）这些数据。

这其中是需要使用全局变量的，我目前还没有不使用全局变量的方案。

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Reference & Related

《UNIX 环境高级编程》
libevent 源码深度剖析
使用 sigprocmask 和 sigpending 在程序正文中捕获和处理信号

基本原理

在设置捕获信号之前（signal()），首先创建一个通信通道。在中断处理函数中，将捕获到的信号数往这个通道内写入。而在程序正文中，则对这个通道进行读取，这样就可以实现在程序正文中捕获信号了。

这其实是参考了 “libevent 源码深度剖析” 里面所说的 libevent 实现 evsignal的方案。大家都知道，在信号处理函数中，我们一般不要调用 printf 等 stdio 库里的函数。原因请参照《UNIX 环境高级编程》中 “信号” 章的 “可重入函数” 小节。

而实现这个功能中最重要的 read / write 函数，是可以在信号处理函数中调用的！这就是本方案的原理基础。

优点

由于通信通道基本上是 FIFO 的，所以如果信号多次产生，程序正文也可以收到排队发来的数据，避免了错过多个的信号。
信号处理函数非常非常短，只需要调用一个 write() 并且写入极少的数据即可。
大量的数据处理放在程序正文中，获取信号的方法很简单，只是 read()。并且每次获取数据的长度是固定的：signum 的类型是 int，获取 sizeof(int) 字节的数据即可。
pipe 可以直接使用 read / write API 操作，可以方便地对接异步 I/O 库。

选择 pipe 的原因

“libevent 源码深度剖析” 中提到 libevent 使用的是 UNIX域socket（AF_UNIX）。这里我不使用这个方案，而用了 pipe，原因如下：

pipe 初始化和创建简单
pipe 的创建是非命名的，生存周期仅在进程内部，也不会出现多个进程使用相同架构，发生命名冲突的问题
AF_UNIX 是命名的，而且协议栈较为复杂，系统开销稍有些大

一般而言 pipe 是用在父子进程间通信用的，甚至在《UNIX 环境高级编程》中还原文提到 “单个进程中的管道几乎没有任何用处” 。我就哈哈大笑啦——在本文的应用场景下，实际上就是 pipe 为数不多的在单个进程之内的使用。

代码实现

我正在自己设计一个基于 epoll 的异步 I/O 库（GitHub 链接），目前已经实现了类似于 libevent 的普通 event 和 evsignal。如果对这个实现感兴趣的话，可以直接到我的工程里看代码。本文内容主要是 epEventSignal.c 文件里的实现。

主要的实际上也就是 epEventSignal_AddToBase() 函数啦。在这个函数的操作流程如下：

调用 pipe() 创建管道
设置 nonblock、closeonexec 选项
将 pipe[0] 赋值到全局变量中
使用 sigaction() 函数捕获信号。信号处理函数中，将信号值写入 pipe[0]
将 pipe[1] 注册入 epoll 中，捕获读事件

我在自己的简单测试程序 test_server.c 中捕获了两个信号，分别是 SIGQUIT（忽略，仅输出）和 SIGINT（触发 event loop 安全退出）。读者可以 checkout 出来试试看。

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