VxWorks实时操作系统SIGNAL机制的应用.doc

ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本：1.0版 摘要介绍VXWORKS实时操作系统的信号机制以及各种处理方法，特别是利用该机制实现异常情况的恢复和处理。1. 概述信号可用来在同一任务内部或不同任务之间实现异步通信，从而改变对多个任务的控制流程。所有任务或中断服务程序均能向指定的任务发送信号，该信号的接收任务将立刻挂起当前的执行线程，而激活任务指定的信号处理程序。信号处理程序是由用户定义的，它关联与特定的信号，而且任务接收到该指定信号时的所有必要处理都在该程序中实现。信号的这种机制使得它特别适合于用来实现差错和异常处理。2. 信号屏蔽在信号处理时，可通过信号屏蔽来选择需要进行处理的信号，接收到被屏蔽的信号，即使指定了相应的处理程序，也不作任何处理。为了实现对信号的屏蔽，需要定义数据类型为sigset_t的变量，同时必须包含头文件“signal.h”。下面介绍实现这一功能的函数：int sigemptyset ( sigset_t *pSet )该函数初始化信号集，使得该信号集不包含任何信号；int sigfillset ( sigset_t *pSet )该函数初始化信号集，使得该信号集包含所有信号；int sigaddset ( sigset_t *pSet , int signo )该函数向信号集中增加新的信号；int sigdelset ( sigset_t *pSet , int signo )该函数删除信号集中的信号；int sigismember ( sigset_t *pSet , int signo )该函数用来判断信号集是否包含某信号；int sigprocmask ( int how, const sigset_t *pSet, sigset_t *pOset )该函数用来设置信号屏蔽；这里，pSet为新的信号集，pOset为当前的信号集，而how则指示处理方式，其取值与处理方式对应关系如下:SIG_BLOCK 结果信号集为当前信号集和指定信号集二者的并集，通过这种方式，可向当前信号集增添指定的元素；SIG_UNBLOCK 结果信号集为指定信号集的补集和当前信号集二者的交集；通过这种方式，可从当前信号集删除指定的元素；SIG_SETMASK 结果信号集为指定信号集；3. 信号发送int raise (int signo )任务调用该函数来向自己发送指定的信号；int kill (int tid, int signo )该函数可向任何任务发送指定的信号；4. 信号处理程序如果一个任务指定了对于某个信号的处理程序，不管该任务是否被挂起时，接收到该信号将立刻调用信号处理程序，信号处理程序执行完毕后，任务恢复到先前的状态，比如：任务在挂起状态接收到该信号，那么处理程序执行完毕后任务将返回到挂起状态。由于信号处理函数由操作系统调用，所以其函数形式有着严格的要求，包括下面的两种形式：第一方案：利用signal函数实现信号与处理函数的关联void* signal( int signo, void* pHandler () ) ()该函数建立信号signo与处理函数pHandler之间的联系；同时，其返回当前信号处理函数的指针；void sigHandler (int signo);单参数信号处理程序，这里sigHandler为用户自己定义的函数名（下同），该函数只提供了不同的信号编号signo，进一步的信号代码信息无法获取。void sigHandler (int signo, int code, struct sigcontext * pContext);多参数信号处理程序，该函数只提供了不同的信号编号signo和信号代码code信息，可对信号接收所更加详细的处理。第二方案：利用sigaction函数实现信号与处理函数的关联int sigaction ( int signo, const struct sigaction *pAct, struct sigaction *pOact )；该函数建立信号signo与pAct结构中指定的处理函数之间的联系；同时，当前信号处理函数的有关信息将保存在结构pOact中；另外，为了调用多参数处理程序，pAct结构中的成员sa_flags必须设置SA_SIGINFO；void sigHandler (int signo);单参数信号处理程序，这里sigHandler为用户自己定义的函数名（下同），该函数只提供了不同的信号编号signo，进一步的信号代码信息无法获取。void sigHandler (int signo, siginfo_t * pInfo, void * pContext);多参数信号处理程序，该函数只提供了不同的信号编号signo和信号代码code信息，可对信号接收所更加详细的处理。这里有必要介绍一下几个数据结构：typedef struct siginfo intsi_signo; /*信号的编号信息*/intsi_code;/*信号的来源信息*/union sigvalsi_value; /*信号的代码信息*/ siginfo_t;union sigval intsival_int;/*信号的代码*/ void*sival_ptr;struct sigactionunionvoid(*_sa_handler)(int);void(*_sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);sa_u;#define sa_handlersa_u._sa_handler /*单参数处理程序*/#define sa_sigactionsa_u._sa_sigaction /*多参数处理程序*/sigset_tsa_mask;/*信号屏蔽集*/intsa_flags;/*处理方式*/;下面以Intel i386/i486为例进行进一步的解释：列出信号定义如下：SignalCodeExceptionSIGILLILL_DIVIDE_ERRORDivide errorSIGEMTEMT_DEBUGDebugger callSIGILLILL_NON_MASKABLENMI interruptSIGEMTEMT_BREAKPOINTBreakpointSIGILLILL_OVERFLOWINTO-detected overflowSIGILLILL_BOUNDBound range exceededSIGILLILL_INVALID_OPCODEInvalid opcodeSIGFPEFPE_NO_DEVICEDevice not availableSIGILLILL_DOUBLE_FAULTDouble faultSIGFPEFPE_CP_OVERRUNCoprocessor segment overrunSIGILLILL_INVALID_TSSInvalid task state segmentSIGBUSBUS_NO_SEGMENTSegment not presentSIGBUSBUS_STACK_FAULTStack exceptionSIGILLILL_PROTECTION_FAULTGeneral protectionSIGBUSBUS_PAGE_FAULTPage faultSIGILLILL_RESERVED(intel reserved)SIGFPEFPE_CP_ERRORCoprocessor ErrorSIGBUSBUS_ALIGNMENTAlignment check对应于Signal的列也就是前面函数中的signo或第二方案中结构pInfo的成员si_signo，对应于Code的列也就是第一方案中的code和第二方案中结构pInfo的成员si_value.sival_int。具体实现参见后面的例子程序。另外，VXWORKS操作系统定义了两个用户自定义信号，其对应的Signal列项为SIGUSR1和SIGUSR2，没有对应的Code列项。5. 异常处理当任务在执行过程中出现硬件异常时，将自动的发送相应的信号，用户可以利用这种机制来实现异常处理。利用setjmp和longjmp的相互配合可实现对异常情况的处理。为了利用这两个函数必须包含头文件“setjmp.h”，同时定义类型为jmp_buf公共变量。int setjmp ( jmp_buf env )该函数用于保存任务的运行环境；正常情况下，其返回值为0，出现异常时，其返回值为非0，具体值由函数longjmp的第二个参数确定。另外，保存的运行环境不包括公共变量。void longjmp ( jmp_buf env, int val )该函数恢复由保存的setjmp运行环境，并将控制转交给setjmp。该机制的具体运用见后面的实例程序。6. 程序实例实例1：单参数信号处理程序以及信号的发送#include #include #include #include void sigHandler(int sig);void myMain()int A10;signal(SIGILL,&myHandler);signal(SIGBUS,&myHandler);signal(SIGUSR1,&myHandler);raise(SIGUSR1);A11=1; /*人为设置的下标越界差错*/void myHandler(int sig)if(sig=SIGUSR1)printf(SIGUSR);elseprintf(ERRORn);exit(0);输出结果为: SIGUSRERROR实例2：信号屏蔽#include #include #include #include #include void sigHandler(int sig);void myMain()int A10;sigset_t sigset1,sigset2;sigemptyset(&sigset1);sigaddset(&sigset1,SIGUSR1);sigprocmask(SIG_SETMASK,&sigset1,&sigset2);signal(SIGILL,&sigHandler);signal(SIGBUS,&sigHandler);signal(SIGUSR1,&sigHandler);raise(SIGUSR1);A11=10;void sigHandler(int sig)if(sig=SIGUSR1)printf(SIGUSR);elseprintf( ERRORn);exit(0);输出结果：ERROR实例3：第一方案多参数处理程序#include #include #include #include #include void sigHandler(int sigNum,int code, struct sigcontext *pContext);void myMain()int A10;signal(SIGILL,&sigHandler);signal(SIGBUS,&sigHandler);signal(SIGUSR1,&sigHandler);raise(SIGUSR1);A11=10;void sigHandler(int sigNum,int code, struct sigcontext *pContext)if(sigNum=SIGUSR1)printf(SIGUSR);elseprintf( ERRORn);if(code=BUS_PAGE_FAULT)printf( PAGE_FAULTn);exit(0);输出结果为：SIGUSR ERROR PAGE_FAULT实例4：第二方案多参数处理程序#include #include #include #include #include void sigHandler(int sigNum,siginfo_t *pInfo,void *pContext);void myMain()int A10;struct sigaction act1,act2;act1.sa_sigaction=&sigHandler;act1.sa_flags=SA_SIGINFO;sigaction(SIGILL,&act1,&act2);sigaction(SIGBUS,&act1,&act2);sigaction(SIGUSR1,&act1,&act2);raise(SIGUSR1);A11=10;void sigHandler(int sigNum,siginfo_t *pInfo,void *pContext)if(sigNum=SIGUSR1)printf(SIGUSR);elseprintf( ERRORn);if(pInfo-si_value.sival_int=BUS_PAGE_FAULT)printf(PAGE_FAULTn);exit(0);输出结果为：SIGUSR ERRORPAGE_FAULT实例5：异常处理#include #include #include #include #include jmp_buf env;void sigHandler(int sig);void myMain