处理信号SIGFPE并继续执行的C语言代码

Question

我正在尝试处理SIGFPE信号，但我的程序会崩溃或者一直运行。我必须使用signal()而不是其他的函数，比如sigaction()。

因此，在我的代码中，我有以下内容:

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

void handler(int signum)
{
    // Do stuff here then return to execution below
}

int main()
{
    signal(SIGFPE, handler);

    int i, j;
    for(i = 0; i < 10; i++) 
    {
        // Call signal handler for SIGFPE
        j = i / 0;
    }

    printf("After for loop");

    return 0;
}

基本上，每当发生除以0的情况时，我希望进入处理程序。 它应该在handler()函数内部执行必要的操作，然后继续下一次循环迭代。

这也适用于需要处理的其他信号。任何帮助都将不胜感激。

- syy

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发布的代码无法编译。也许如果您编辑必要的#include语句，就可以编译成功。然而，编译器会输出关于变量设置但未使用等消息。 - user3629249

相关链接：https://dev59.com/r2s05IYBdhLWcg3wR_63 - Ciro Santilli OurBigBook.com

Answer 1

如果您必须使用信号来处理FPE或任何其他由您直接调用导致的信号，那么只有在从信号处理程序退出程序或使用longjmp跳出时才定义了会发生什么。

此外，请注意恢复函数的确切放置位置，在计算分支的末尾但在处理分支的开头。

不幸的是，您根本无法像这样使用signal()；第二次调用会导致代码崩溃。如果您打算处理信号超过一次，则必须使用sigaction。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
#include <string.h>

jmp_buf fpe;

void handler(int signum)
{
    // Do stuff here then return to execution below
    longjmp(fpe, 1);
}

int main()
{
    volatile int i, j;
    for(i = 0; i < 10; i++) 
    {
        // Call signal handler for SIGFPE
        struct sigaction act;
        struct sigaction oldact;
        memset(&act, 0, sizeof(act));
        act.sa_handler = handler;
        act.sa_flags = SA_NODEFER | SA_NOMASK;
        sigaction(SIGFPE, &act, &oldact);

        if (0 == setjmp(fpe))
        {
            j = i / 0;
            sigaction(SIGFPE, &oldact, &act);
        } else {
            sigaction(SIGFPE, &oldact, &act);
            /* handle SIGFPE */
        }
    }

    printf("After for loop");

    return 0;
}

- Joshua

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嗨，当我运行这个程序时，我会收到“error: unknown type name ‘sighandler_t’”的错误提示。我使用gcc进行编译。 - syy

@Flow；请查阅您的编译器手册以了解信号，它似乎是非标准的。 - Joshua

我正在Ubuntu 14.04服务器版本中使用“gcc（Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1〜14.04.3）4.8.4”。当我执行“man signal”时，我看到了其中的“sighandler_t”。不确定还有什么需要做的。 - syy

是的，谢谢！我不得不自己添加定义。但现在它从未打印“After for loop”。我只打印了一次“浮点异常（核心已转储）”，然后退出。 - syy

@JonathanLeffler：我并不是恢复SIG_DFL本身，而是恢复调用函数已经设置好的任何内容。 - Joshua

Answer 2

注意: 很抱歉打破好事，但是你确实不想这样做。

捕获类似SIGINT, SIGTERM, SIGHUP等[外部产生的]信号是完全有效的，以允许程序优雅地清理和终止可能有文件处于部分写入状态的程序。

但是，内部产生的信号，如SIGILL、SIGBUS、SIGSEGV 和SIGFPE很难有意义地从中恢复。前三者都是纯粹的错误。而且，在我看来，SIGFPE也是一个难处理的错误。

在此类信号之后，您的程序处于不安全和不确定的状态。即使捕获信号并使用longjmp/siglongjmp也无法解决此问题。

而且，没有办法准确地知道损坏有多严重。或者，如果程序尝试继续运行，那么损坏会变得多么严重。

如果收到SIGFPE，它是由浮点计算引起的[您可能可以解决]还是由整数除以零引起的？这个计算在哪里进行？您不知道。

尝试继续运行有时会导致10倍的损坏，因为现在程序已经失控。恢复后，程序可能没问题，但也可能有问题。因此，在事件之后，程序的可靠性无法确定。

是什么事件（即）导致了SIGFPE的计算？也许，这不仅仅是一个单独的除法，而是导致值为零的一系列计算。这些值去哪了？这些现在可疑的值是否会被恢复操作后的代码使用？

例如，程序可能会覆盖错误的文件，因为失败的计算某种方式涉及选择调用者将要使用的文件描述符。

或者，您会泄漏内存。或者，破坏堆。或者，错误是否在堆分配代码本身中？

考虑以下函数：

void
myfunc(char *file)
{
    int fd;

    fd = open(file,O_WRONLY);

    while (1) {
        // do stuff ...

        // write to the file
        write(fd,buf,len);

        // do more stuff ...

        // generate SIGFPE ...
        x = y / z;
    }

    close(fd);
}

即使使用一个执行 siglongjmp 的信号处理器，myfunc 写入的文件现在已经损坏/截断。而且，文件描述符不会被关闭。

或者，如果 myfunc 正在从文件中读取并将数据保存到某个数组中。那么该数组只被部分填充。现在，你会收到 SIGFPE。这被信号处理器拦截，它执行了 siglongjmp。 myfunc 的调用者之一通过执行 sigsetjmp 来“捕获”这个问题。但是，它能做什么呢？调用者不知道情况有多糟糕。它可能会假设 myfunc 读取的缓冲区已经完全形成，并将其写入另一个文件。那个文件现在已经损坏了。

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更新:

哎呀，忘记提到 未定义行为 了...

通常，我们将 UB（例如越过数组末尾的写操作）与 segfault [SIGSEGV] 相关联。但是，如果它导致 SIGFPE 呢？

这不再仅仅是“错误的计算”——我们在最早的检测点捕获[并忽略]了 UB。如果我们进行恢复，下一次使用可能会更糟。

这里有一个例子：

// assume these are ordered in memory as if they were part of the same struct:
int x[10];
int y;
int z;

void
myfunc(void)
{

    // initialize
    y = 23;
    z = 37;

    // do stuff ...

    // generate UB -- we run one past the end of x and zero out y
    for (int i = 0;  i <= 10;  ++i)
        x[i] = 0;

    // do more stuff ...

    // generate SIGFPE ...
    z /= y;

    // do stuff ...

    // do something _really_ bad with y that causes a segfault or _worse_
    // sends a space rocket off-course ...
}

- Craig Estey

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非常正确 - 尝试从SIGILL，SIGBUS，SIGFPE，SIGSEGV中恢复几乎总是充满风险、不可靠且可能导致问题。现在，SIGFPE几乎只会因为整数除以零而引发；浮点除以零通常返回无穷大。 - Jonathan Leffler

@JonathanLeffler 它是基于 GNU pth https://www.gnu.org/software/pth/ 吗？我能找到的最早的变更日志条目是1999年，所以可能不是同一个。在我的回答中：https://dev59.com/k1kT5IYBdhLWcg3wALDw#39185831 我所说的 LWP 实际上是 GNU pth [在使用 NPTL 之前，我曾经使用过它，但是记不起名字了]。 - Craig Estey

@JosephGarvin你的负评并不符合负评答案的准则（即_极其_错误）。而且，我发布了许多“不要那样做”的答案[像其他回答者一样]，它们并没有被负评。在大多数情况下，OPs都会对这些答案表示感激。有时候，做一些通常不建议的事情是可以的[如果需要，我经常这样做]，但这里不是一个好的例子。而且你无法恢复，因为你不知道需要调整哪个值来防止进一步损坏。 - Craig Estey

如果指南没有明确说明答案应该实际回答问题，那么这些指南就是有缺陷的。在stackoverflow上，人们总是倾向于说提问者不应该有他们需要的需求，这是其中最令人烦恼的方面之一。如果您有少数派使用案例，您会得到大量像您这样的帖子，告诉您不应该需要您需要的东西，通常是来自对您的要求没有见解的人。 - Joseph Garvin

@JosephGarvin 这是一个关于某个答案是否回答了问题的观点问题。但是在这里，我的答案确实回答了问题，因为 OP 正在尝试做的事情在任何有意义的方式下都是不可能的。我希望你能读完整个答案，看看为什么。而且，这得到了支持，因为我已经编写了代码，必须处理三个商业产品的关键任务[不能失败]。 - Craig Estey