[UNIX] ⑥ signal

1. Introduction

Signal 개념

• 프로세스에게 이벤트 발생을 알리는 소프트웨어 notification or interrupt

• 비동기적 이벤트를 핸들링하는 방법을 제공

• signal인지 아닌지 확인할 수 있는 변수는 없다.

• 모든 signal은 "SIG" 로 시작하는 자신의 이름을 가지고 있다.

  • <signal.h>에 정의되어 있다.

• signal을 생성할 수 있는 수 많은 조건들이 있다.

• signal 생성 : signal이 유발하는 이벤트가 발생하였을 경우

• signal 전달 : 프로세스가 signal 기반으로 액션을 취할 경우

• signal lifetime : 생성과 전달 사이의 간격

• pending : 생성은 되었지만 전달은 아직 되지 않은 signal 상태

• caught : signal이 전달되어서 프로세스가 signal handler를 실행할 경우

• 프로그램은 sigation()을 호출하여 signal handler를 설치한다.

  • sigaction()의 인수는 유저가 정의한 함수

• 종류

  name	desc
  SIGABRT	abort() 호출에 의해 생성
  SIGALRM	타이머의 알람이 만료되었을 경우 생성
  SIGCHLD	자식 프로세스가 종료되거나 정지되었을 경우, 부모 프로세스에게 전달
  SIGCONT	정지된 프로세스가 다시 실행되었을 경우 전달
  SIGFPE	산술적 예외가 발생할 경우 생성, 0으로 나누기 등
  SIGILL	Illegal 하드웨어 접근을 수행하였을 경우 생성
  SIGINT	터미널로 interrupt key(Ctrl+C)가 전달되었을 경우 foreground process에게 전달
  SIGKILL	catch하거나 무시할 수 없다. 프로세스를 죽이는 확인한 방법!
  SIGPIPE	pipe를 사용하였으나 pipe를 받는 프로세스가 종료될 경우 발생
  SIGSEGV	유효하지 않은 메모리 참조가 발생하였을 경우 생성(core dumped)
  SIGTERM	kill() 커맨드로부터 발생
  SIGTSTP	터미널로 (Ctrl+Z)가 전달되었을 경우 foreground process에게 전달
  SIGUSR1	유저가 설정한 signal1
  SIGUSR2	유저가 설정한 signal2
  SIGSTOP	catch하거나 무시할 수 없다. job control signal

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2. Signal Handling

signal handling

• 시그널이 발생할 경우에 할 수 있는 일
  1. 무시한다.
     • SIGKILL과 SIGSTOP은 무시할 수 없다.
  2. User-defined action
     • signal이 발생할 경우 커널에게 사용자 정의 함수를 사용할 것이라고 명시해야 한다(signal handler)
     • SIGKILL과 SIGSTOP은 catch 되지 않는다.
  3. default action
     • 모든 signal은 기본 처리방식이 있다.
     • 보통 프로세스를 종료시키는 것이다.

user-defined action

• catch된 signal이 프로세스에 의해 처리될 때, 정상 명령 시퀀스는 일시적으로 signal handler에 의해 중단된다.
• 그 후 프로세스는 계속해서 실행되지만, signal handler는 이제 실행된다.
• signal handler가 return 되면, 프로세스는 signal을 catch하였을 때 실행 중이었던 정상 명령 시퀀스를 이어서 실행한다.
• 하지만 signal handler에서, signal이 catch되었을 때 프로세스가 어디를 실행중이었는지 알 수 없다.

Process signal mask

• signal이 발생할 때 취한 액션은 현재 signal handler와 process signal mask에 달려 있다.
• signal mask는 현재 block된 시그널의 리스트를 포함한다.
• 프로그램은 sigprocmask를 이용하여 process signal mask를 변경하고 signal을 block한다.
• 자식 프로세스는 fork()와 exec() 후에도 signal mask를 상속받는다.

signal block

• process signal mask == 현재 block된 signal의 리스트
• signal을 catch하는 함수의 코드가 실행되기 직전에 프로세스의 signal mask에 추가된다.(signal block)
• 함수의 코드가 끝나면 return 되기 전에 signal mask에서 삭제된다.(signal unblock)
• signal이 catch가 되면 해당 signal은 blocking이 되기 때문에, signal을 여러 개 넣어봤자 하나만 인식한다.

Signal handling과 exec()

• 프로그램이 실행될 때 모든 시그널의 status는 default이거나 무시된다.
• 자연스럽게, exec()을 호출하는 프로세스에 의해 catch된 signal은 새로운 프로그램에서 같은 함수에 의해 catch될 수 없다.
  • 호출자에 있는 signal-catch 함수의 주소가 새로운 프로그램 파일에서는 아마도 의미가 없을 수 있다.
• fork()를 호출하면, 자식 프로세는 부모의 signal disposition(시그널 처리)을 상속받는다.
  • 자식은 부모의 메모리 이미지를 그대로 복사하기 때문에, signal-catch 함수의 주소가 자식에게 의미가 있다.

Signal Set

• signal을 모아놓는 비트맵
• signal을 핸들링 중에 signal set에 있는 signal이 들어오는 것을 허용하지 않기 위해서 sigprocmask()를 사용하여 관리

#include <signal.h>

// All four return: 0 if OK, -1 on error
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);

 //Returns: 1 if true, 0 if false, -1 on error
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);    

sigaction()

• 특정 signal과 관련된 액션을 관리하거나 수정할 수 있다.

int sigaction(int signo, const struct sigaction* restrict act, struct sigaction* restrict oact);

status	return value
success	0
error	-1

• argument

  name	desc
  signo	signal number
  act	수정한 액션
  oact	이전 액션

• sigaction struct

    struct sigaction {
        void (*sa_handler)(int);   /* addr of signal handler, or SIG_IGN, or SIG_DFL */
        sigset_t sa_mask;          /* additional signals to block */
        int sa_flags;              /* signal options, Figure 10.16 */
  
        /* alternate handler */
        void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    };

  name	desc
  sa_handler	signal-catch 함수의 주소
  sa_mask	signal-catch 함수가 호출되기 전에 프로세스의 signal mask에 추가되는 signal set
  sa_flags	signal을 핸들링하는 옵션

  • sa_flags

    name	desc
    SA_INTERRUPT
    SA_NOCLDSTOP
    SA_NOCLDWAIT
    SA_NODEFER
    SA_ONSTACK
    SA_RESETHAND	signal handling이 끝난 후 모든 것을 리셋하여 원위치시킴
    SA_RESTART	slow()이 실행 중에 signal이 들어오면 handling 함수를 다시 실행시킴
    SA_SIGINFO	설정할 경우 sa_handler 대신 sa_sigcation 함수를 사용, 시그널에 대한 정보를 함께 인수로 전달

  • sa_mask는 sigemptyset()을 이용하여 초기화해야 한다.

signal과 system call

• system call을 실행하는 도중에 프로세스가 시그널을 받으면 그 시그널은 system call이 완료될 때까지 영향이 없다.

slow()

• slow()에서 프로세스가 블락되었을 때 시그널을 catch하면, system call이 중단된다.
• system call은 에러를 리턴하고 errno는 EINTR로 설정된다.
• 영원히 block될 수 있다.
• pipes, terminal devices, network devices
• pause(), wait()
• 특정 ioctl 연산
• 몇몇 interprocess communication 함수
• disk I/O와 관련되지 않은 것
• sigaction()은 system call이 중단되었을 경우 자동으로 재시작하는 것을 허용한다.
• sa_flags 변수가 SA_RESTART로 세팅되어 있는 경우, system call은 재시작하고 errno는 초기화된다.

additional information about the signal

• signal-catch 함수가 리턴되면, 프로세스의 signal mask는 이전 값으로 리셋된다.
• signal handler가 호출될 때마다 특정 signal을 block시킬 수 있다.(sigaction.sa_mask 사용)
• signal handler가 호출되었을 때 OS는 signal mask에 전달된 signal을 포함시킨다.
• 발생한 signal을 처리할 때, 이 signal 처리를 완료할 때까지 다른 signal이 발생하는 것을 block시킬 수 있다.
• 같은 signal이 여러번 반복되는 것은 큐에 추가되지 않는다.

sigsetjmp() 과 siglongjmp()

• signal handler에서 분기할 때 항상 사용해야 한다.
• savemask가 0이 아닐 경우, sigsetjmp() 또한 env에 프로세스의 현재 signal mask를 저장한다.
• siglongjmp()이 호출될 때 0이 아닌 savemask로 sigsetjmp()를 호출하여 env 인자가 저장된 경우, siglongjmp()는 저장된 signal mask를 복원한다.

int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savemask);
void siglongjmp(sigjmp_buf env, int val);

• sigsetjmp()

  • return

    status	return value	desc
    directly called by sigsetjmp()	0	직접적으로 sigsetjmp() 호출했을 때
    returning to siglongjmp()	not 0	signal 처리 후 siglongjmp()의 리턴 값

  • argumnet

    name	desc
    env	프로세스의 현재 signal mask를 저장할 변수
    savemask	0이 아닐 경우 env에 signal mask 저장

• siglongjmp()

  • argumnet

    name	desc
    env	sigsetjmp()에서 저장했던 signal mask 변수
    val	sigsetjmp()의 리턴값으로 전달할 값

---

3. signal blocking

sigprocmask()

• 프로세스의 signal mask는 해당 프로세스에 전달되어 block된 signal set이다.

int sigprocmask(int how, const sigset_t& restrict set, sigset_t* restrict oset);

status	return value
success	0
error	-1

• argument

  name	desc
  set	null pointer일 경우 signal mask는 변경되지 않고 how도 무시된다.
  how	어떻게 처리할 건지

  • how

    how	desc
    SIG_BLOCK	signal set에서 추가한다
    SIG_UNBLOCK	signal set에서 삭제한다
    SIG_SETMASK	signal set에 해당 signal을 추가한다

---

4. Sending signal

• Permision to send signal
  • superuser는 모든 프로세스에게 signal을 보낼 수 있다.
  • sender의 ruid, ruid는

    kill()

• 프로세스 혹은 프로세스 그룹에게 signal을 보낸다.

int kill(pid_t pid, int signo);

status	return value
success	0
error	-1

• pid

  pid	decs
  > 0	process-id가 pid인 프로세스에게 signal 보냄
  == 0	현재 프로세스 그룹의 모든 프로세스에게 signal 보냄
  < 0	pid의 절대값이 gpid인 모든 프로세스에게 signal 보냄
  == -1	sender가 signal을 보낼 수 있는 권한을 갖는 시스템의 모든 프로세스로 signal 보냄

raise()

• 프로세스 자기 자신에게 signal을 보낸다.

int raise(int signo);

status	return value
success	0
error	-1

// 같은 코드
raise(signo);
kill(getpid(), signo);

pause()

int pause(void);

status	return value
errno가 EINTR로 세팅	-1

• signal이 catch될 때까지 호출한 프로세스를 suspending 시킨다.
• action이 프로세스를 종료시키는 것이면, pause() 쉘은 return되지 않는다.
• action이 signal-catch 함수를 실행시키는 것이면, pause() 쉘은 signal-catch 함수가 리턴된 후에 리턴된다.