面试题：C语言复杂信号处理场景下的设计与实现

Question

在一个复杂的Linux C项目中，存在多个子模块，每个子模块都可能需要处理不同的信号，并且这些信号处理之间可能存在依赖关系，例如，SIGUSR1信号的处理可能依赖于SIGALRM信号处理完成后的某些状态。请设计一个通用的信号处理框架，用C语言描述该框架的架构、关键数据结构和函数，确保各子模块的信号处理能够有序且高效地进行，并能方便地扩展新的信号处理逻辑。

Answer 1

架构设计

1. 信号处理调度器：负责接收信号，根据信号类型和依赖关系，调度相应的信号处理函数。
2. 信号处理函数注册机制：允许子模块注册其信号处理函数以及依赖关系。
3. 状态管理：用于保存信号处理过程中的状态，以便后续信号处理函数依赖使用。

关键数据结构

// 定义信号处理函数类型
typedef void (*SignalHandler)(int);

// 定义信号依赖关系结构体
typedef struct {
    int signal;
    int dependsOnSignal;
} SignalDependency;

// 定义信号处理描述结构体
typedef struct {
    int signal;
    SignalHandler handler;
    SignalDependency dependency;
} SignalHandlerDescriptor;

关键函数

1. 注册信号处理函数

void registerSignalHandler(int signal, SignalHandler handler, int dependsOnSignal) {
    SignalHandlerDescriptor descriptor;
    descriptor.signal = signal;
    descriptor.handler = handler;
    descriptor.dependency.signal = signal;
    descriptor.dependency.dependsOnSignal = dependsOnSignal;
    // 这里假设将descriptor添加到一个全局数组或链表中进行管理
    // 例如，定义一个全局数组SignalHandlerDescriptor handlers[MAX_SIGNALS];
    // 并通过一个全局变量int handlerCount = 0;记录已注册的数量
    handlers[handlerCount++] = descriptor;
}

2. 信号处理调度函数

void signalDispatcher(int signum) {
    for (int i = 0; i < handlerCount; i++) {
        if (handlers[i].signal == signum) {
            // 检查依赖关系
            if (handlers[i].dependency.dependsOnSignal == 0 || 
                /* 假设存在一个函数isSignalHandled检查依赖信号是否已处理 */
                isSignalHandled(handlers[i].dependency.dependsOnSignal)) {
                handlers[i].handler(signum);
                // 标记该信号已处理
                markSignalHandled(signum);
            }
        }
    }
}

3. 安装信号处理函数

void installSignalHandlers() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = signalDispatcher;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;

    for (int i = 0; i < handlerCount; i++) {
        sigaction(handlers[i].signal, &sa, NULL);
    }
}

示例使用

// 示例信号处理函数
void handleSIGUSR1(int signum) {
    // 处理逻辑
}

void handleSIGALRM(int signum) {
    // 处理逻辑并设置状态
}

int main() {
    registerSignalHandler(SIGALRM, handleSIGALRM, 0);
    registerSignalHandler(SIGUSR1, handleSIGUSR1, SIGALRM);
    installSignalHandlers();

    while (1) {
        // 主循环，等待信号
        pause();
    }

    return 0;
}

上述框架通过注册机制管理信号处理函数及其依赖关系，调度器根据依赖关系决定是否执行信号处理函数，并且提供了安装信号处理函数的方法，方便子模块扩展新的信号处理逻辑。