4 I segnali sono il primo e più semplice meccanismo di comunicazione nei
5 confronti dei processi. Non portano con se nessuna informazione che non sia il
6 loro tipo, si tratta in sostanza di un'interruzione software portata ad un
9 In genere i segnali vengono usati dal kernel per riportare situazioni
10 eccezionali (come errori di accesso, eccezioni aritmetiche, etc.) ma possono
11 anche essere usati come forma elementare di comunicazione fra processi (ad
12 esempio vengono usati per il controllo di sessione), per notificare eventi
13 (come la terminazione di un processo figlio), etc.
15 \section{I concetti base}
18 Come il nome stesso indica i segnali sono usati per notificare ad un processo
19 l'occorrenza di un evento eccezionale. Gli eventi che possono generare un
20 segnale sono vari; un breve elenco di possibile cause è il seguente:
23 \item un errore del programma, come una divisione per zero o un tentativo di
24 accesso alla memoria fuori dai limiti validi.
25 \item la terminazione di un processo figlio.
26 \item la scadenza di un timer o di un allarme.
27 \item il tentativo di effettuare un'operazione di input/output che non può
29 \item una richiesta dell'utente di terminare o fermare il programma. In genere
30 si realizza attraverso un segnale mandato dalla shell in corrispondenza
31 della pressione di tasti come 'ctrl-c' o 'ctrl-z'.
32 \item l'esecuzione di una \texttt{kill} o di una \texttt{raise} da parte del
33 processo stesso o di un'altro (solo nel caso della \texttt{kill}).
36 Ciascuno di questi eventi (tranne gli ultimi due che sono controllati
37 dall'utente) comporta da parte del kernel la generazione un particolare tipo
41 \subsection{Le modalità di funzionamento}
42 \label{sec:sig_semantics}
44 Quando un processo riceve un segnale il kernel esegue una apposita routine di
45 gestione (il cosiddetto \textit{signal handler}) che può essere specificata
46 dall'utente. Negli anni il comportamento del sistema in risposta ai segnali è
47 stato modificato in vari modi nelle differenti implementazioni di unix.
48 Attualmente si possono individuare due tipologie fondamentali di comportamento
49 dei segnali (dette semantiche) che vengono chiamate rispettivamente
50 \textit{reliable} e \textit{unreliable}.
52 Nella semantica \textit{unreliable} la routine di gestione del segnale
53 specificata dall'utente non resta installata una volta chiamata; è perciò a
54 carico dell'utente stesso ripetere l'installazione all'interno della routine
55 di gestione stessa in tutti i casi in cui si vuole che il signal handler
58 Per questo motivo è possibile una race-condition in cui un secondo segnale
59 arriva prima che il manipolatore abbia eseguito la re-installazione di se
60 stesso, nel qual caso il segnale può essere perso o causare il comportamento
61 originale assegnato al segnale (in genere la terminazione del processo).
62 Questa è la ragione per cui detti segnali sono chiamati \textit{inaffidabili},
63 in quanto la ricezione del segnale e la reinstallazione del suo manipolatore
64 non sono operazioni atomiche.
66 Nel caso di implementazione inaffidabile le chiamate di sistema non
67 sono fatte ripartire automaticamente quando sono interrotte da un segnale, per
68 questo il programma deve controllare lo stato di uscita della chiamata al
69 sistema e riperterla nel caso l'errore riportato da \texttt{errno} sia
72 Inoltre in questo caso non esiste una modalità semplice per ottenere una
73 operazione di pausa atomica (cioè mandare in sleep un processo fino all'arrivo
74 di un segnale), dato che ci sono casi in cui un segnale può arrivare quando il
75 programma non è in grado di accorgersene.
77 In caso di segnali \textit{reliable} invece il signal handler resta installato
78 quando viene chiamato e i problemi precedenti sono evitati. Inoltre alcune
79 chiamate di sistema possono essere fatte ripartire automaticamente e si può
80 ottenere un'operazione di pausa atomica (usando la funzione POSIX
84 \subsubsection{Tipi di segnali}
87 In generale gli eventi che generano i segnali si possono dividere in tre
88 categorie principali: errori, eventi e richieste esplicite.
90 Un errore significa che un programma ha fatto qualcosa di sbagliato e non può
91 continuare ad essere eseguito. Non tutti gli errori causano dei segnali, in
92 genere la condizione di errore più comune comporta la restituzione di un
93 codice di errore da parte di una funzione di libreria, sono gli errori che
94 possono avvenire ovunque in un programma che causano l'emissione di un
95 segnale, come le divisioni per zero o l'uso di indirizzi di memoria non validi.
97 Un evento esterno ha in genere a che fare con l'I/O o con altri processi;
98 esempi di segnali di questo tipo sono quelli legati all'arrivo di dati di
99 input, scadenze di un timer, terminazione di processi figli.
101 Una richiesta esplicita significa l'uso di una chiamata di sistema (come
102 \texttt{kill} o \texttt{raise}) per la generazione di un segnale, cosa che
103 viene fatta usualmente dalla shell quando l'utente invoca la sequenza di tasti
104 di stop o di suspend, ma può essere pure inserita all'interno di un programma.
106 Si dice poi che i segnali possono essere \textit{asincroni} o
107 \textit{sincroni}. Un segnale sincrono è legato ad una azione specifica di un
108 programma ed è inviato (a meno che non sia bloccato) durante tale azione;
109 molti errori generano segnali sincroni, così come la richiesta esplicita da
110 parte del processo tramite le chiamate al sistema. Alcuni errori come la
111 divisione per zero non sono completamente sincroni e possono arrivare dopo
114 I segnali asincroni sono generati da eventi fuori dal controllo del processo
115 che li riceve e arrivano in tempi impredicibili nel corso dell'esecuzione del
116 programma. Eventi esterni come la terminazione di un processo figlio generano
117 segnali asincroni, così come le richieste di generazione di un segnale
118 effettuate da altri processi.
120 In generale un tipo di segnale o è sincrono o è asincrono, salvo il caso in
121 cui esso sia generato attraverso una richiesta esplicita tramite chiamata al
122 sistema, nel qual caso qualunque tipo di segnale (quello scelto nella
123 chiamata) può diventare sincrono o asincrono a seconda che sia generato
124 internamente o esternamente al processo.
126 \section{La notifica dei segnali}
127 \label{sec:sig_notification}
129 Quando un segnale viene generato il kernel prende nota del fatto; si dice così
130 che diventa \textit{pending} (sospeso), e rimarrà tale fino al momento in cui
131 verrà notificato al processo a cui deve essere inviato.
133 Normalmente l'invio al processo che deve ricevere il segnale è immediato, a
134 meno che il segnale in questione non sia stato bloccato (\textit{blocked}) nel
135 qual caso l'invio non avviene ed il segnale resta sospeso indefinitamente. Una
136 volta però che esso venga sbloccato il segnale sarà subito notificato.
138 Una volta che il segnale viene notificato (che questo avvenga subito o dopo
139 una attesa più o meno lunga) viene eseguita l'azione specificata per detto
140 segnale. Per alcuni segnali (\texttt{SIGKILL} e \texttt{SIGSTOP}) questa azione
141 è fissa e non può essere cambiata, ma per tutti gli altri il programma può
142 specificare una scelta fra le tre seguenti:
145 \item ignorare il segnale
146 \item utilizzare il manipolatore (\textit{signal handler}) specificato
147 \item accettare l'azione di default per quel segnale.
150 Il programma può specificare queste scelte usano le due routine
151 \texttt{signal} e \texttt{sigaction}; se si è installato un manipolatore sarà
152 quest'ultimo a intercettare il segnale ed ad essere eseguito, e mentre viene
153 eseguito (onde evitare race conditions) il segnale viene bloccato.
155 Se l'azione specificata per un certo tipo di segnale è quella di ignorarlo
156 questo sarà scartato immediatamente ogni volta che verrà generato, e questo
157 avverrà anche se in quel momento il segnale è bloccato. Per questo un segnale
158 ignorato non sarà mai notificato, anche se in seguito si sarà specificata una
159 diversa azione per lo stesso segnale.
161 Se arriva un segnale per il quale non è stato specificata un'azione viene
162 utilizzata l'azione standard. Questa è diversa da segnale a segnale (come
163 vedremo in \secref{sec:sig_standard}) ma per la maggior parte essa comporta la
164 terminazione del processo, per alcuni che invece rappresentano eventi innocui
165 l'azione standard è di non fare nulla.
167 Quando un segnale termina un processo, il padre può determinare la causa della
168 terminazione esaminando il codice di stato riportato delle funzioni
169 \texttt{wait} e \texttt{waitpid} in cui è riportato anche se la causa è un
170 segnale e nel caso quale; questo è il modo in cui la shell determina i motivi
171 della terminazione di un programma e scrive un eventuale messaggio di errore.
173 I segnali che rappresentano errori del programma (divisione per zero o
174 violazioni di accesso) hanno anche la caratteristica di scrivere un file
175 \textit{core dump} che registra lo stato del processo prima della terminazione
176 e può essere esaminato da un debugger per investigare sulla causa dell'errore.
177 Lo stesso avviene se i suddetti segnale vengono generati artificialmente con
182 \subsection{I segnali standard}
183 \label{sec:sig_standard}
185 Esaminiamo ora i vari segnali disponibili e le loro caratteristiche.
186 Ciascun segnale è identificato rispetto al sistema da un numero, ma l'uso
187 diretto di questo numero da parte dei programmi è da evitare, in quanto esso
188 può variare a seconda dell'implementazione del sistema.
190 Per questo ad ogni tipo di segnale viene associato un nome, che corrisponde
191 tramite una macro di preprocessore, al suddetto numero, e sono questi nomi,
192 che sono standardizzati e uniformi rispetto alle varie implementazioni, che si
193 devono usare nei programmi. Tutti i nomi e le funzioni che concernono i
194 segnali sono definiti nell'header di sistema \texttt{signal.h}.
196 Il numero totale di segnali presenti è dato dalla macro \texttt{NSIG}, e dato
197 che i numeri dei segnali sono allocati progressivamente, essa corrisponde
198 anche al successivo del valore numerico assegnato all'ultimo segnale definito,
199 in \ntab\ si è riportato l'elenco completo dei segnali definiti in Linux,
200 comparati con quelli definiti in vari standard.
204 \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c||c|l|}
206 Segnale & POSIX.1 & SUSv2 & Linux &Azione & Descrizione \\
209 SIGHUP &$\bullet$&&$\bullet$& A & Hangup \\
210 SIGINT &$\bullet$&&$\bullet$& A & Interrupt from keyboard \\
211 SIGQUIT &$\bullet$&&$\bullet$& C & Quit from keyboard \\
212 SIGILL &$\bullet$&&$\bullet$& C & Illegal Instruction \\
213 SIGABRT &$\bullet$&&$\bullet$& C & Abort signal from abort(3) \\
214 SIGFPE &$\bullet$&&$\bullet$& C & Floating point exception \\
215 SIGKILL &$\bullet$&&$\bullet$& AEF & Kill signal \\
216 SIGSEGV &$\bullet$&&$\bullet$& C & Invalid memory reference \\
217 SIGPIPE &$\bullet$&&$\bullet$& A & Broken pipe \\
218 SIGALRM &$\bullet$&&$\bullet$& A & Timer signal from alarm(2) \\
219 SIGTERM &$\bullet$&&$\bullet$& A & Termination signal \\
220 SIGUSR1 &$\bullet$&&$\bullet$& A & User-defined signal 1 \\
221 SIGUSR2 &$\bullet$&&$\bullet$& A & User-defined signal 2 \\
222 SIGCHLD &$\bullet$&&$\bullet$& B & Child stopped or terminated \\
223 SIGCONT &$\bullet$&&$\bullet$& & Continue if stopped \\
224 SIGSTOP &$\bullet$&&$\bullet$& DEF & Stop process \\
225 SIGTSTP &$\bullet$&&$\bullet$& D & Stop typed at tty \\
226 SIGTTIN &$\bullet$&&$\bullet$& D & tty input for background process \\
227 SIGTTOU &$\bullet$&&$\bullet$& D & tty output for background process \\
228 SIGBUS &&$\bullet$&$\bullet$& C & Bus error (bad memory access) \\
229 SIGPOLL &&$\bullet$&$\bullet$& A & Pollable event (Sys V). Synonym of SIGIO\\
230 SIGPROF &&$\bullet$&$\bullet$& A & Profiling timer expired \\
231 SIGSYS &&$\bullet$&$\bullet$& C & Bad argument to routine (SVID) \\
232 SIGTRAP &&$\bullet$&$\bullet$& C & Trace/breakpoint trap \\
233 SIGURG &&$\bullet$&$\bullet$& B & Urgent condition on socket (4.2 BSD) \\
234 SIGVTALRM &&$\bullet$&$\bullet$& A & Virtual alarm clock (4.2 BSD) \\
235 SIGXCPU &&$\bullet$&$\bullet$& C & CPU time limit exceeded (4.2 BSD) \\
236 SIGXFSZ &&$\bullet$&$\bullet$& C & File size limit exceeded (4.2 BSD) \\
237 SIGIOT &&&$\bullet$& C & IOT trap. A synonym for SIGABRT \\
238 SIGEMT &&&$\bullet$& & \\
239 SIGSTKFLT &&&$\bullet$& A & Stack fault on coprocessor \\
240 SIGIO &&&$\bullet$& A & I/O now possible (4.2 BSD) \\
241 SIGCLD &&&$\bullet$& & A synonym for SIGCHLD \\
242 SIGPWR &&&$\bullet$& A & Power failure (System V) \\
243 SIGINFO &&&$\bullet$& & A synonym for SIGPWR \\
244 SIGLOST &&&$\bullet$& A & File lock lost \\
245 SIGWINCH &&&$\bullet$& B & Window resize signal (4.3 BSD, Sun) \\
246 SIGUNUSED &&&$\bullet$& A & Unused signal (will be SIGSYS) \\
249 \caption{Lista dei segnali in Linux}
250 \label{tab:sign_signal_list}
254 \subsubsection{Segnali di errore di programma}
256 Questi segnali sono generati quando il sistema, o in certi casi direttamente
257 l'hardware (come per i page fault non validi) rileva un qualche errore
258 insanabile nel programma in esecuzione. In generale la generazione di questi
259 segnali significa che il programma ha dei gravi problemi (ad esempio ha
260 dereferenziato un puntatore non valido o ha eseguito una operazione aritmetica
261 proibita) e l'esecuzione non può essere proseguita.
263 In genere si intercettano questi segnali per permettere al programma di
264 terminare in maniera pulita, ad esempio per ripristinare i settaggi della
265 console o eliminare i file di lock prima dell'uscita. In questo caso il
266 manipolatore deve concludersi ripristinando l'azione di default e rialzando il
267 segnale, in questo modo il programma si concluderà senza effetti spiacevoli,
268 ma riportando lo stesso stato di uscita che avrebbe avuto se il manipolatore
271 L'azione di default per tutti questi segnali è causare la terminazione del
272 processo che li ha causati. In genere oltre a questo il segnale provoca pure
273 la registrazione su disco di un \textit{core dump file} che viene scritto in
274 un file \texttt{core} nella directory corrente del processo al momento
280 \item \texttt{SIGFPE} Riporta un errore aritmetico fatale. Benché il nome
281 derivi da \textit{floating point exception} si applica a tutti gli errori
282 aritmetici compresa la divisione per zero e l'overflow.
284 % Per questo segnale le cose sono complicate dal fatto che possono esserci
285 % molte diverse eccezioni che \texttt{SIGFPE} non distingue, mentre lo
286 % standard IEEE per le operazioni in virgola mobile definisce vaire eccezioni
287 % aritmetiche e richiede che esse siano notificate.
288 \item \texttt{SIGILL} Il nome deriva da \textit{illegal instruction},
289 significa che il programma sta cercando di eseguire una istruzione
290 privilegiata o inesistente, in generale del codice illegale. Poiché il
291 compilatore del C genera del codice valido si ottiene questo segnale se il
292 file eseguibile è corrotto o si stanno cercando di eseguire dei dati.
293 Quest'ultimo caso può accadere quando si passa un puntatore sbagliato al
294 posto di un puntatore a funzione, o si eccede la scrittura di un vettore di
295 una variabile locale, andando a corrompere lo stack. Lo stesso segnale viene
296 generato in caso di overflow dello stack o di problemi nell'esecuzione di di
299 \item \texttt{SIGSEGV} Il nome deriva da \textit{segment violation}, e
300 significa che il programma sta cercando di leggere o scrivere in una zona di
301 memoria protetta al di fuori di quella che gli è stata riservata dal
302 sistema. In genere è il meccanismo della protezione della memoria che si
303 accorge dell'errore ed il kernel genera il segnale.
305 È tipico ottenere questo segnale dereferenziando un puntatore nullo o non
306 inizializzato leggendo al di la della fine di un vettore.
308 \item \texttt{SIGBUS}
309 \item \texttt{SIGABRT}
310 \item \texttt{SIGTRAP}
311 \item \texttt{SIGSYS}