Linuxfd系列信号编程（signal）竟能这样做？涨姿势

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　　信号是什么？
　　平台声明 ：
　　Linux 操作系统
　　首先说，信号（signal）是什么？
　　信号（ signal ）本质是 Linux 进程间通信的一种机制，也叫 软中断信号 。既然是通信机制，那么就是传递信息用的，信号传递的信息很简单，就是一个整数，一般用于配合系统管理任务，比如进程的终结、恢复、热加载等。
　　信号都用整数常量表示，命名以 SIG 为前缀，比如 SIGINT（ ctrl-c 触发），SIGKILL（ kill -9 触发 ）。
　　信号一般怎么产生？  由内核产生，比如内存错误，除 0 等错误，内核通过信号通知到相应的进程；  可以由其他进程传递给目标进程，比如 kill 命令就是专门干这个事情的；
　　信号处理分为两个阶段 ：  发送阶段：内核将信号（signal）放到对应的 pending 队列中；  传递阶段：也叫做处理阶段，内核将信号从 pending 队列中取出来，并且进行处理，一般是调用相应的回调函数（处理方式有三种：用户定义、内核默认定义 SIG_DEL、忽略 SIG_IGN）；
　　signalfd 是什么？
　　了解了什么是信号（ signal ），那 signalfd 又会是什么呢？
　　是一个跟信号关联的 文件描述符 ，能够以 io 的行为获取到系统信号，属性上来讲 signalfd 也是一个匿名 fd 类型。
　　signalfd 长什么样子？
　　奇点按照  man signalfd  里面的例子，写了个 demo，跑在 Linux 机器上，按照惯例去看下 fd 的样子。 root@ubuntu:~# ll /proc/15445/fd  lrwx------ 1 root root 64 Aug 24 16:42 3 -> anon_inode:[signalfd]  root@ubuntu:~# cat /proc/15445/fdinfo/3  pos: 0 flags: 02 mnt_id: 11 sigmask: 0000000000000006
　　从这里可以得到简单的信息：  signal 用的匿名 inode ，signalfd 属于匿名 fd 的一种；  句柄关联的重要信息就是 sigmask，通过  /proc/${pid}/fdinfo/3  能看到这个值；
　　signalfd 使用姿势？
　　其实信号是很讲究的，甚至有信号编程一说，Linux 的 signalfd 为信号的处理提供了一种新的方法， 统一到文件的 io 模式，契合一切接文件的理念 。
　　系统调用：  #include   int signalfd(int fd, const sigset_t *mask, int flags);
　　该系统调用返回一个整数类型 signalfd，这个句柄跟信号行为绑定，当发生信号的时候，句柄触发可读事件。
　　第一个参数也可以传入一个有效的信号 fd 的句柄， 如果传入的是 -1 ，那么内核会自动创建一个新的 fd 。
　　完整的代码例子，在 Linux 机器上，通过  man signalfd  就可以获取到。 // 信号清零 sigemptyset(&mask);  // 添加信号到掩码集 sigaddset(&mask, SIGINT); sigaddset(&mask, SIGQUIT);  // 设置该进程为对应的信号集的内容（当前已经的信号集合做并集、交集、覆盖） // 这行代码才是真正的信号设置； sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL)  // 创建 signalfd 句柄（绑定信号） sfd = signalfd(-1, &mask, 0);  for (;;) {     // 读取 signalfd 数据（数据代表信号）     s = read(sfd, &fdsi, sizeof(struct signalfd_siginfo));     // ...     // 信号的逻辑处理 }
　　上面的例子，signalfd 没有信号（没有可读事件）的时候会阻塞在  read  调用上，运行效果如下： root@ubuntu:~/temp# ./a.out  ^CGot SIGINT ^CGot SIGINT ^CGot SIGINT
　　可以看到每一次  ctrl + c  触发的信号被捕捉到，并且打印出来。用文件 io 的方式来接收信号，牛。
　　怎么做到的呢？照例，我们浅析一下内核的代码，位于  fs/signalfd.c ，这是一个很小的文件，正是这个文件完成了对信号＂文件化＂的封装。
　　上面最重要的两个调用：  sigprocmask  ：设置当前进程的信号掩码，把 SIGINT ，SIGQUIT  处理屏蔽掉，关闭内核默认行为； signalfd  ：获取到一个和信号关联的＂文件＂句柄；
　　signalfd 原理剖析
　　环境声明 ：
　　Linux 内核版本 4.19
　　1    signalfd  SYSCALL_DEFINE3(signalfd,int, ufd,sigset_t __user *, user_mask,size_t, sizemask){return do_signalfd4(ufd, &mask,0);}staticintdo_signalfd4(int ufd,sigset_t *mask,int flags){structsignalfd_ctx *ctx;// 如果是 -1，内核创建；if (ufd ==-1) {// ctx->sigmask = *mask;// 获取一个匿名句柄；ufd = anon_inode_getfd(＂[signalfd]＂, &signalfd_fops, ctx, O_RDWR | (flags & (O_CLOEXEC | O_NONBLOCK)));}else {// 校验传入的句柄是否合法struct fd f = fdget(ufd);ctx = f.file->private_data;if (f.file->f_op != &signalfd_fops) {return -EINVAL;}// 覆盖设置新的值ctx->sigmask = *mask;// 唤醒阻塞在当前进程的信号等待队列wake_up(¤t->sighand->signalfd_wqh);}return ufd;}
　　看一下 signalfd 支持的接口调用：  static const struct file_operations signalfd_fops = {      .show_fdinfo    = signalfd_show_fdinfo,     .poll       = signalfd_poll,     .read       = signalfd_read,     // ... };
　　通过这个可以知道 signalfd 支持的特性：  支持  /proc/${pid}/fdinfo/xx  查看信息（ 对应 signalfd_show_fdinfo  函数 ）； 支持 read，close 调用 （ 对应  signalfd_read  函数 ）； 支持 poll 调用，支持 epoll 管理（ 对应  signalfd_poll  函数 ）；
　　2    signalfd_poll
　　这个函数做的事情非常简单，就是把 等待对象 挂到当前进程的信号结构的链表上。表头是： current->sighand->signalfd_wqh  ，这个就有意思了，这里直接挂到当前进程的结构上。换句话说，唤醒也是自此表头开始。
　　回忆一下 timerfd ，是挂在  timerfd_ctx->wqh  的字段上。这里的差别是因为信号是对进程来说的。
　　3    signalfd_read
　　读一个 signalfd 的操作非常简单，主要逻辑：  查看当前队列中是否有信号，有的话就取出来，填充到用户给的结构体中；  如果句柄是阻塞类型的，在没有信号的时候，会切走 cpu，等到有信号的时候切回来。如果是非阻塞类型的，直接报错，返回 EAGAIN ；
　　简要的代码注释如下：  static ssize_t signalfd_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) {     // read 数据的存放结构体     siginfo = (struct signalfd_siginfo __user *) buf;     do {         // 取出信号队列中的一个信号，填充好 info 结构体         ret = signalfd_dequeue(ctx, &info, nonblock);         // 循环操作，填充用户指定个数的信号         ret = signalfd_copyinfo(siginfo, &info);         // ...     } while (--count);     return total ? total: ret; }  static ssize_t signalfd_dequeue(struct signalfd_ctx *ctx, siginfo_t *info, int nonblock) {     // 取出一个信号     ret = dequeue_signal(current, &ctx->sigmask, info);     // 如果没有 pending 的信号，就看是否是非阻塞请求，非阻塞请求就报错跳出；     // 阻塞请求就继续往后走      // 把当前位置加入到信号唤醒地方（这样后续有信号的时候，能够立马切回来）     add_wait_queue( t->sighand->signalfd_wqh, &wait);     for (;;) {         // 取信号         ret = dequeue_signal(current, &ctx->sigmask, info);         // 判断是否还有 pending 的信号；         if (signal_pending(current)) {         }         // 让出 cpu，调度切走         schedule();     }      // 把当前进程从 signalfd_wqh 摘掉     remove_wait_queue( t->sighand->signalfd_wqh, &wait); }
　　这里就能非常清晰的看到， 进程有信号的时候，signalfd 句柄就是可读的 。
　　signal 和 epoll 的配合
　　1    熟悉的 epoll_ctl
　　epoll_ctl  注册 signalfd 的时候，调用 signalfd_poll  ，signalfd_poll  会把 epoll 创建的 wait entry 挂到 current->sighand  上。唤醒的时候调用这个 wait 链表的回调。
　　2    什么时候唤醒呢？
　　唤醒的操作其实不在 signalfd.c 文件中，而是在原有的信号软中断的流程中。
　　在内核函数  signalfd_notify  中，会判断进程的 sighand->signalfd_wqh  是否非空，如果非空，说明有人关注这个信号，那么就会通知到对应的 waiter 。
　　为了知识的完整性，说个点， signalfd_notify  其实在 timer 定时器的流程中也有调用，但跟我们本次主干没啥关系，这里忽略。
　　信号的发送唤醒的简要示意图：
　　所有的信号发送都会调用到  send_signal  ，在这个里面实现了唤醒 sighand->signalfd_wqh  链表的操作。从而使得 epoll 感知到 signalfd 可读了（因为来信号了），使得 epoll 从 epoll_wait 出唤醒，然后调用 read 操作，把信号的相关信息从句柄中读出来。 signalfd_notify     -> wake_up （唤醒等待队列，也就是 epoll）         -> ep_poll_callback
　　划重点：唤醒在 信号发送 的过程。
　　总结
　　信号能够像文件一样 read 出来，这种优雅的信号处理方式 得益于 signalfd 的封装 ；  信号是挂在在进程 task_struct 结构体上的， 信号队列非空的时候 signalfd 句柄可读 ；  和 epoll 池的配合同样还是老套路，epoll_ctl 注册的时候调用  .poll  接口挂载 epoll 的 wait entry 到 sighand->signalfd_wqh  之上，信号发送时调用 signalfd_notify  唤醒 epoll ； signalfd 也是一种 匿名 fd 类型 ；