시그널 관련 API

1. 시그널

1-1. 시그널이란?

• 시그널은 사용자나 커널이 프로세스에 무언가를 통지하는 목적으로 사용한다.

• 매크로로 이름이 붙여 있지만 그 실체는 int 타입 정수이다.

• 시그널 처리 방법은 다음과 같다.

  1. 시그널을 무시한다. 예를 들어 자식 프로세스가 종료한 경우 생성되는 SIGCHLD 는 무시된다.
  2. 프로세스를 종료한다. Ctrl+C 를 입력하면 생성되는 SIGINT 가 해당된다.
  3. 프로세스의 core 덤프를 생성하고 비정상 종료시킨다. SIGEGV 가 해당된다.

• 자주 사용되는 시그널은 다음과 같다.

  시그널 명	포착 가능	디폴트 기능	생성 원인과 용도
  SIGINT	O	종료	주로 Ctrl+c 로 생성되며 프로그램을 중지하고 싶을 때 사용
  SIGHUP	O	종료	사용자가 로그아웃할 때 생성. 데몬 프로세스에서는 설정 파일을 다시 읽어 들이는 경우에 많이 사용됨
  SIGPIPE	O	종료	끊어진 파이프에 데이터를 쓰려고 시도하면 생성
  SIGTERM	O	종료	프로세스를 종료시킬 때 사용. kill 명령어를 시그널 지정 없이 사용할 때 전달됨
  SIGKILL	X	종료	프로세스를 확실하게 종료시키기 위해서 사용
  SIGCHLD	O	무시	자식 프로세스가 정지 또는 종료되면 발생
  SIGSEGV	O	코어덤프	액세스 금지된 메모리 영역에 접근하거나, 초기화하지 않은 포인터를 참조하거나, 버퍼 오버플로우가 발생한 경우에 생성됨. 프로그램에 버그에 의해 발생
  SIGBUS	O	코어덤프	얼라인먼트 위반, 포인터 작업을 잘못한 경우 등 프로그램의 버그에 의해 발생
  SIGFPE	O	코어덤프	산술 연산 에러. 0으로 나누거나 부동 소수점 오버플로우 등의 상황에서 발생

  
  
  

2. 시그널 포착하기

2-1. 시그널 포착

• 위의 표에서 포착 가능 항목이 O 인 시그널은 그 시그널이 전달될 때의 동작을 변경할 수 있다.
• 시그널 처리를 커널에 맡기지 않고 스스로 시그널을 처리하는 것을 시그널을 포착한다 또는 시그널을 트랩한다라고 한다.
  
  

2-2. signal(2)

#include <signal.h>
void (*signal(int sig, void (*fuunc)(int)))(int);

• typedef를 사용해서 보기 쉽게 만들면 다음과 같다.

  typedef void (*sighandler_t)(int);
  sighandler_t signal(int sig, sighandler_t func);

• sig의 시그널 번호를 받았을 때 func 함수를 호출하도록 동작을 변경한다.

• 즉, 함수 포인터를 받고 함수 포인터를 반환하는 함수이다.

• func에는 사용자가 정의한 함수 외에도 다음과 같이 특별한 값을 사용할 수 있다.

  상수	의미
  SIG_DFL	커널의 디폴트 액션을 사용
  SIG_IGN	커널 레벨에서 시그널을 무시하도록 함

  
  

2-3. signal(2)의 문제점

• 시그널은 프로세스의 상태를 고려하지 않고 실행 중에 함부로 끼어들기 때문에 다음의 문제가 발생한다.

  1. 핸들러 초기화

  • 프로그래머가 지정한 시그널 핸들러를 수행한 후 원래 설정으로 되돌리는 경우가 있다. 그러면 한번 시그널이 포착된 후 다시 핸들러를 등록하기 전까지 날아온 시그널은 포착하지 못한다.

  2. 시스템 콜 수행 중에 시그널 발생

  • 시그널은 read()나 write()와 같은 시스템 콜을 실행하는 중에 날아올 수 있다.
  • 운영체제는 시스템 콜 수행 중에 시그널이 날아오면 에러를 반환하고 종료하거나 시스템 콜 처리를 중재해서 프로그래머에게 문제가 보이지 않게 한다.

  3. 중복 호출해서는 안되는 함수를 중복 호출

  • 어떤 함수를 실행 중에 시그널 핸들러에 의해 다시 호출된다면 함수 내에서 전역 변수를 사용하고 있을 때 문제가 발생한다.

  4. 시그널 블록

  • 시그널 핸들러가 실행 중에는 같은 종류의 시그널 전달을 보류할 수 있게 한다. 이를 시그널을 블록한다 라고 한다.

2-4. sigaction(2)

#include <signal.h>

int sigaction(int sig, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact)
struct sigaction{
    // sa_handler나 sa_sigaction 중 하나만 사용
    void (*sa_handler)(int);
    void (*sa_sigaction)(int, sigifo_t*, void*);
    sigset_t sa_mask;
    int sa_flags;
};

• sig에 해당하는 시그널에 대한 시그널 핸들러를 등록한다.

• act에는 시그널 핸들러를 지정한다. 상수 SIG_IGN, SIG_DFL 또는 임의의 함수 포인터 중 하나이다.

• oldset에는 sigaction()을 호출할 때 설정되어 있던 시그널 핸들러가 들어간다. 불필요할 경우 NULL을 지정한다.

• sa_sigaction은 sa_handle과 똑같이 시그널 핸들러를 지정하는 멤버이다. sa_sigaction은 시그널을 수신했을 때 시그널 번호 이외의 자세한 정보를 얻을 수 있다.

• signal의 문제점을 sigaction으로 다음과 같이 개선되었다.

  1. 핸들러 재설정

  • sigaction()은 운영체제와 관계없이 한번 설정한 시그널 핸들러가 계속 유지된다.

  2. 시스템 콜의 재기동

  • sa_flags 멤버에 SA_RESTART 플래그를 추가하면 시스템 콜을 재기동하고 그렇지 않은 경우에는 재기동하지 않는다.

  3. 시그널 블록

  • sa_mask 멤버에 블록할 시그널을 지정할 수 있다. sa_mask를 비우려면 후술하는 sigemptyset()을 사용한다.

2-5. sigaction의 사용 예

#include <signal.h>

typedef void(*sighandler_t)(int);

sighandler_t
trap_signal(int sig, sighandler_t handler){
	struct sigaction act, old;
	act.sa_handler=handler;
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	act.sa_flags=SA_RESTART;
	if(sigaction(sig, &act, &old)<0)
		return NULL;

	return old.sa_handler;
}

• 시그널 핸들러를 sa_handler에 설정한다. sa_handler와 sa_sigaction은 둘 중 하나만 사용할 수 있으므로 sa_sigaction은 무시한다.
• sa_mask는 sigemptyset()으로 초기화해서 비운다.
• 시스템 콜이 자동으로 재기동되도록 sa_flags에 SA_RESTART 를 설정한다.
  
  

2-6. sigset_t 조작 API

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int sig);
int sigdelset(sigset_t *set, int sig);
int sigismember(const sigset_t *set, int sig);

• sigemptyset()는 set을 빈 값으로 초기화한다.
• sigfillset()은 set을 모든 시그널을 포함하는 상태로 한다.
• sigaddset()은 시그널 sig를 set에 추가한다.
• sigdelset()은 시그널 sig를 set에서 삭제한다.
• sigismember()은 시그널 sig가 set에 포함되어 있으면 참을 반환한다.
  
  

2-7. 시그널 블록

#include <signal.h>

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
int sigpending(sigset_t *set);
int siguspend(const sigset_t *mask);

• sigaction()의 sa_mask와 반대로 블록한 시그널을 다시 받기 위한 API는 위와 같다.

• sigprocmask()은 현재 프로세스의 시그널 마스크를 설정한다. how에 다음의 플래그를 지정하여 설정한다.

  값	효과
  SIG_BLOCK	set에 포함되는 시그널을 시그널 마스크에 추가한다
  SIG_UNBLOCK	set에 포함되는 시그널을 시그널 마스크에서 삭제한다
  SIG_MASK	시그널 마스크를 set으로 대체한다

• sigpending()은 보류된 시그널을 set에 넣는다.

• siguspend()는 시그널 마스크 mask를 설정하고 프로세스를 시그널 대기 상태로 만든다. 차단한 시그널을 해제하고 보류되어 있던 시그널을 처리할 때 사용한다.

• siguspend()는 항상 시그널에 끼어들어 종료한다. 항상 -1을 반환한다.
  
  

2-8. SIGINT를 수신하면 메시지를 출력하는 프로그램 만들기

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int); // 시그널 핸들러

sighandler_t trap_signal(int sig, sighandler_t handler){
  	// sig: 핸들링하는 시그널, handler: 시그널을 처리할 함수
  
    struct sigaction act, old;

    act.sa_handler = handler; // 실행할 핸들러를 저장
    sigemptyset(&act.sa_mask); // 핸들러가 실행하는 동안 블록할 시그널을 비움
    act.sa_flags = SA_RESTART; // 시스템  콜 재기동
    if (sigaction(sig, &act, &old) < 0){
		// sig 시그널에 실행할 핸들러 act를 지정
      	// 핸들러 지정 전 설정되어 있던 핸들러 old를 가져옴
      	return NULL; // sigaction()이 에러가 발생해 -1을 반환하면 NULL을 반환
    }

    return old.sa_handler; // act 핸들러를 지정 성공하면 이전 핸들러를 반환
}

void print_exit(int sig){
    printf("Got signal %d\n", sig);
    exit(0);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    trap_signal(SIGINT, print_exit);
    pause(); // trap_signal의 실행을 대기
    exit(0);
}

2-9. 작성한 프로그램 실행 예

• Ctrl+C를 눌러서 종료 시그널을 보냈다.
• 2번 SIGINT에 해당하는 값을 결과값으로 출력한다.
  
  
  
  

3. 시그널 전송

3-1. kill(2)

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);

• kill()은 시그널을 전송하기 위해 사용한다. PID가 pid인 프로세스에 시그널 sig를 전송한다.
• pid가 음수인 경우 PID가 -pid인 프로세스 그룹 전체에 시그널을 전송한다.
• 프로세스 그룹에 시그널을 보내는 killpg()라는 전용 시스템 콜도 있다.
  
  
  
  

4. Ctrl+C

4-1. Ctrl+c란?

• Ctrl+C 가 시그널로 변환되어 대상이 되는 프로세스에 전달되기까지의 구조는 다음과 같다.

  

• 사용자가 키보드로 Ctrl+c 를 누르면 이것을 커널의 단말 드라이브가 파악한다.

• 셸을 사용하는 경우 cooked 모드로 되어 있어 특수한 기능을 수행하는 키가 존재한다.

• 어떤 키가 어떤 기능을 하는지는 stty -a 명령어를 실행하면 알 수 있다.

• intr 는 interrupt를 말하며 ^D 는 Ctrl+C 를 의미한다. intr 로 설정된 Ctrl+C 가 눌렸기 때문에 이를 인터럽트라고 인식한다.

• SIGINT 를 단말에서 동작 중인 프로세스에게 전송할 때 셸이 파이프로 연결된 프로세스 무리를 기동할 때 동작 중인 프로세스를 알 수 있다. 이를 위해 tcsetpgrp()라는 API가 사용된다.

• 인터럽트는 파이프에 연결된 프로세스 전체를 중지해야 하므로 프로세스 그룹 전체에 신호를 전송한다. 그래서 SIGINT 가 전송되면 파이프 전체 프로세스가 종료된다.

• 차례로 정리하면 다음과 같다.

  1. 셸이 파이프를 구성하는 프로세스를 fork()한다.
  2. 셸이 파이프의 PGID를 tcsetpgrp()로 단말에 통지한다.
  3. fork된 각 프로세스가 각각의 명령어를 exec한다.
  4. 사용자가 Ctrl+C 를 누른다.
  5. 커널 내의 단말 드라이브가 그것을 SIGINT 로 변환하여 동작 중인 프로세스 그룹에 발송한다.
  6. 프로세스 그룹이 시그널에 대한 기본 동작으로 종료된다.