signal --- 设置异步事件处理程序


该模块提供了在 Python 中使用信号处理程序的机制。

一般规则

signal.signal() 函数允许定义在接收到信号时执行的自定义处理程序。少量的默认处理程序已经设置: SIGPIPE 被忽略(因此管道和套接字上的写入错误可以报告为普通的 Python 异常)以及如果父进程没有更改 SIGINT ,则其会被翻译成 KeyboardInterrupt 异常。

一旦设置,特定信号的处理程序将保持安装,直到它被显式重置( Python 模拟 BSD 样式接口而不管底层实现),但 SIGCHLD 的处理程序除外,它遵循底层实现。

执行 Python 信号处理程序

Python 信号处理程序不会在低级( C )信号处理程序中执行。相反,低级信号处理程序设置一个标志,告诉 virtual machine 稍后执行相应的 Python 信号处理程序(例如在下一个 bytecode 指令)。这会导致:

  • 捕获同步错误是没有意义的,例如 SIGFPESIGSEGV ,它们是由 C 代码中的无效操作引起的。Python 将从信号处理程序返回到 C 代码,这可能会再次引发相同的信号,导致 Python 显然的挂起。 从Python 3.3开始,你可以使用 faulthandler 模块来报告同步错误。

  • 纯 C 中实现的长时间运行的计算(例如在大量文本上的正则表达式匹配)可以在任意时间内不间断地运行,而不管接收到任何信号。计算完成后将调用 Python 信号处理程序。

  • If the handler raises an exception, it will be raised "out of thin air" in the main thread. See the note below for a discussion.

信号与线程

Python 信号处理程序总是会在主 Python 主解释器的主线程中执行,即使信号是在另一个线程中接收的。 这意味着信号不能被用作线程间通信的手段。 你可以改用 threading 模块中的同步原语。

此外,只有主解释器的主线程才被允许设置新的信号处理程序。

模块内容

在 3.5 版更改: 信号( SIG* ),处理程序( SIG_DFLSIG_IGN)和 sigmask( SIG_BLOCKSIG_UNBLOCKSIG_SETMASK )下面列出的相关常量变成了 enumsgetsignal()pthread_sigmask()sigpending()sigwait() 函数返回人类可读的 enums

signal 模块中定义的变量是:

signal.SIG_DFL

这是两种标准信号处理选项之一;它只会执行信号的默认函数。 例如,在大多数系统上,对于 SIGQUIT 的默认操作是转储核心并退出,而对于 SIGCHLD 的默认操作是简单地忽略它。

signal.SIG_IGN

这是另一个标准信号处理程序,它将简单地忽略给定的信号。

signal.SIGABRT

来自 abort(3) 的中止信号。

signal.SIGALRM

来自 alarm(2) 的计时器信号。

可用性: Unix。

signal.SIGBREAK

来自键盘的中断 (CTRL + BREAK)。

可用性: Windows。

signal.SIGBUS

总线错误 (非法的内存访问)。

可用性: Unix。

signal.SIGCHLD

子进程被停止或终结。

可用性: Unix。

signal.SIGCLD

SIGCHLD 的别名。

signal.SIGCONT

如果进程当前已停止则继续执行它

可用性: Unix。

signal.SIGFPE

浮点异常。 例如除以零。

参见

当除法或求余运算的第二个参数为零时会引发 ZeroDivisionError

signal.SIGHUP

在控制终端上检测到挂起或控制进程的终止。

可用性: Unix。

signal.SIGILL

非法指令。

signal.SIGINT

来自键盘的中断 (CTRL + C)。

默认的动作是引发 KeyboardInterrupt

signal.SIGKILL

终止信号。

它不能被捕获、阻塞或忽略。

可用性: Unix。

signal.SIGPIPE

损坏的管道:写入到没有读取器的管道。

默认的动作是忽略此信号。

可用性: Unix。

signal.SIGSEGV

段错误:无效的内存引用。

signal.SIGTERM

终结信号。

signal.SIGUSR1

用户自定义信号 1。

可用性: Unix。

signal.SIGUSR2

用户自定义信号 2。

可用性: Unix。

signal.SIGWINCH

窗口调整大小信号。

可用性: Unix。

SIG*

所有信号编号都是符号化定义的。 例如,挂起信号被定义为 signal.SIGHUP;变量的名称与 C 程序中使用的名称相同,具体见 <signal.h>。 'signal()' 的 Unix 手册页面列出了现有的信号 (在某些系统上这是 signal(2),在其他系统中此列表则是在 signal(7) 中)。 请注意并非所有系统都会定义相同的信号名称集;只有系统所定义的名称才会由此模块来定义。

signal.CTRL_C_EVENT

对应于 Ctrl+C 击键事件的信号。此信号只能用于 os.kill()

可用性: Windows。

3.2 新版功能.

signal.CTRL_BREAK_EVENT

对应于 Ctrl+Break 击键事件的信号。此信号只能用于 os.kill()

可用性: Windows。

3.2 新版功能.

signal.NSIG

比最高信号数多一。

signal.ITIMER_REAL

实时递减间隔计时器,并在到期时发送 SIGALRM

signal.ITIMER_VIRTUAL

仅在进程执行时递减间隔计时器,并在到期时发送 SIGVTALRM 。

signal.ITIMER_PROF

当进程执行时以及当系统替进程执行时都会减小间隔计时器。 这个计时器与 ITIMER_VIRTUAL 相配结,通常被用于分析应用程序在用户和内核空间中花费的时间。 SIGPROF 会在超期时被发送。

signal.SIG_BLOCK

pthread_sigmask()how 形参的一个可能的值,表明信号将会被阻塞。

3.3 新版功能.

signal.SIG_UNBLOCK

pthread_sigmask()how 形参的是个可能的值,表明信号将被解除阻塞。

3.3 新版功能.

signal.SIG_SETMASK

pthread_sigmask()how 形参的一个可能的值,表明信号掩码将要被替换。

3.3 新版功能.

signal 模块定义了一个异常:

exception signal.ItimerError

作为来自下层 setitimer()getitimer() 实现错误的信号被引发。 如果将无效的定时器或负的时间值传给 setitimer() 就导致这个错误。 此错误是 OSError 的子类型。

3.3 新版功能: 此错误是 IOError 的子类型,现在则是 OSError 的别名。

signal 模块定义了以下函数:

signal.alarm(time)

如果 time 值非零,则此函数将要求将一个 SIGALRM 信号在 time 秒内发往进程。 任何在之前排入计划的警报都会被取消(在任何时刻都只能有一个警报被排入计划)。 后续的返回值将是任何之前设置的警报被传入之前的秒数。 如果 time 值为零,则不会将任何警报排入计划,并且任何已排入计划的警报都会被取消。 如果返回值为零,则目前没有任何警报被排入计划。

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 alarm(2)

signal.getsignal(signalnum)

返回当前用于信号 signalnum 的信号处理程序。 返回值可以是一个 Python 可调用对象,或是特殊值 signal.SIG_IGN, signal.SIG_DFLNone 之一。 在这里,signal.SIG_IGN 表示信号在之前被忽略,signal.SIG_DFL 表示之前在使用默认的信号处理方式,而 None 表示之前的信号处理程序未由 Python 安装。

signal.strsignal(signalnum)

返回信号 signalnum 的系统描述,例如 "Interrupt", "Segmentation fault" 等等。 如果信号无法被识别则返回 None

3.8 新版功能.

signal.valid_signals()

返回本平台上的有效信号编号集。 这可能会少于 range(1, NSIG),如果某些信号被系统保留作为内部使用的话。

3.8 新版功能.

signal.pause()

使进程休眠直至接收到一个信号;然后将会调用适当的处理程序。 返回空值。

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 signal(2)

另请参阅 sigwait(), sigwaitinfo(), sigtimedwait()sigpending()

signal.raise_signal(signum)

向调用方进程发送一个信号。 返回空值。

3.8 新版功能.

signal.pidfd_send_signal(pidfd, sig, siginfo=None, flags=0)

发送信号 sig 到文件描述符 pidfd 所指向的进程。 Python 目前不支持 siginfo 形参;它必须为 None。 提供 flags 参数是为了将来扩展;当前未定义旗标值。

更多信息请参阅 pidfd_send_signal(2) 手册页面。

可用性: Linux 5.1+

3.9 新版功能.

signal.pthread_kill(thread_id, signalnum)

将信号 signalnum 发送至与调用者在同一进程中另一线程 thread_id。 目标线程可被用于执行任何代码(Python或其它)。 但是,如果目标线程是在执行 Python 解释器,则 Python 信号处理程序将 由主解释器的主线程来执行。 因此,将信号发送给特定 Python 线程的唯一作用在于强制让一个正在运行的系统调用失败并抛出 InterruptedError

使用 threading.get_ident()threading.Thread 对象的 ident 属性为 thread_id 获取合适的值。

如果 signalnum 为 0,则不会发送信号,但仍然会执行错误检测;这可被用来检测目标线程是否仍在运行。

引发一个 审计事件 signal.pthread_kill,附带参数 thread_id, signalnum

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 pthread_kill(3)

另请参阅 os.kill()

3.3 新版功能.

signal.pthread_sigmask(how, mask)

获取和/或修改调用方线程的信号掩码。 信号掩码是一组传送过程目前为调用者而阻塞的信号集。 返回旧的信号掩码作为一组信号。

该调用的行为取决于 how 的值,具体见下。

  • SIG_BLOCK: 被阻塞信号集是当前集与 mask 参数的并集。

  • SIG_UNBLOCK: mask 中的信号会从当前已阻塞信号集中被移除。 允许尝试取消对一个非阻塞信号的阻塞。

  • SIG_SETMASK: 已阻塞信号集会被设为 mask 参数的值。

mask 是一个信号编号集合 (例如 {signal.SIGINT, signal.SIGTERM})。 请使用 valid_signals() 表示包含所有信号的完全掩码。

例如,signal.pthread_sigmask(signal.SIG_BLOCK, []) 会读取调用方线程的信号掩码。

SIGKILLSIGSTOP 不能被阻塞。

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 sigprocmask(2)pthread_sigmask(3)

另请参阅 pause(), sigpending()sigwait()

3.3 新版功能.

signal.setitimer(which, seconds, interval=0.0)

设置由 which 指明的给定间隔计时器 (signal.ITIMER_REAL, signal.ITIMER_VIRTUALsignal.ITIMER_PROF 之一) 在 seconds 秒 (接受浮点数值,为与 alarm() 之差) 之后开始并在每 interval 秒间隔时 (如果 interval 不为零) 启动。 由 which 指明的间隔计时器可通过将 seconds 设为零来清空。

当一个间隔计时器启动时,会有信号发送至进程。 所发送的具体信号取决于所使用的计时器;signal.ITIMER_REAL 将发送 SIGALRM, signal.ITIMER_VIRTUAL 将发送 SIGVTALRM, 而 signal.ITIMER_PROF 将发送 SIGPROF.

原有的值会以元组: (delay, interval) 的形式被返回。

尝试传入无效的计时器将导致 ItimerError

可用性: Unix。

signal.getitimer(which)

返回由 which 指明的给定间隔计时器当前的值。

可用性: Unix。

signal.set_wakeup_fd(fd, *, warn_on_full_buffer=True)

将唤醒文件描述符设为 fd。 当接收到信号时,会将信号编号以单个字节的形式写入 fd。 这可被其它库用来唤醒一次 poll 或 select 调用,以允许该信号被完全地处理。

原有的唤醒 fd 会被返回(或者如果未启用文件描述符唤醒则返回 -1)。 如果 fd 为 -1,文件描述符唤醒会被禁用。 如果不为 -1,则 fd 必须为非阻塞型。 需要由库来负责在重新调用 poll 或 select 之前从 fd 移除任何字节数据。

当启用线程用时,此函数只能从 主解释器的主线程 被调用;尝试从另一线程调用它将导致 ValueError 异常被引发。

使用此函数有两种通常的方式。 在两种方式下,当有信号到达时你都是用 fd 来唤醒,但之后它们在确定达到的一个或多个信号 which 时存在差异。

在第一种方式下,我们从 fd 的缓冲区读取数据,这些字节值会给你信号编号。 这种方式很简单,但在少数情况下会发生问题:通常 fd 将有缓冲区空间大小限制,如果信号到达得太多且太快,缓冲区可能会爆满,有些信号可能丢失。 如果你使用此方式,则你应当设置 warn_on_full_buffer=True,当信号丢失时这至少能将警告消息打印到 stderr。

在第二种方式下,我们 只会 将唤醒 fd 用于唤醒,而忽略实际的字节值。 在此情况下,我们所关心的只有 fd 的缓冲区为空还是不为空;爆满的缓冲区完全不会导致问题。 如果你使用此方式,则你应当设置 warn_on_full_buffer=False,这样你的用户就不会被虚假的警告消息所迷惑。

在 3.5 版更改: 在 Windows 上,此函数现在也支持套接字处理。

在 3.7 版更改: 添加了 warn_on_full_buffer 形参。

signal.siginterrupt(signalnum, flag)

更改系统调用重启行为:如果 flagFalse,系统调用将在被信号 signalnum 中断时重启,否则系统调用将被中断。 返回空值。

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 siginterrupt(3)

请注意用 signal() 安装信号处理程序将重启行为重置为可通过显式调用 siginterrupt() 并为给定信号的 flag 设置真值来实现中断。

signal.signal(signalnum, handler)

将信号 signalnum 的处理程序设为函数 handlerhandler 可以为接受两个参数(见下)的 Python 可调用对象,或者为特殊值 signal.SIG_IGNsignal.SIG_DFL 之一。 之前的信号处理程序将被返回(参见上文 getsignal() 的描述)。 (更多信息请参阅 Unix 手册页面 signal(2)。)

当启用线程用时,此函数只能从 主解释器的主线程 被调用;尝试从另一线程调用它将导致 ValueError 异常被引发。

handler 将附带两个参数调用:信号编号和当前堆栈帧 (None 或一个帧对象;有关帧对象的描述请参阅 类型层级结构描述 或者参阅 inspect 模块中的属性描述)。

在 Windows 上,signal() 调用只能附带 SIGABRT, SIGFPE, SIGILL, SIGINT, SIGSEGV, SIGTERMSIGBREAK。 任何其他值都将引发 ValueError。 请注意不是所有系统都定义了同样的信号名称集合;如果一个信号名称未被定义为 SIG* 模块层级常量则将引发 AttributeError

signal.sigpending()

检查正在等待传送给调用方线程的信号集合(即在阻塞期间被引发的信号)。 返回正在等待的信号集合。

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 sigpending(2)

另请参阅 pause(), pthread_sigmask()sigwait()

3.3 新版功能.

signal.sigwait(sigset)

挂起调用方线程的执行直到信号集合 sigset 中指定的信号之一被传送。 此函数会接受该信号(将其从等待信号列表中移除),并返回信号编号。

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 sigwait(3)

另请参阅 pause(), pthread_sigmask(), sigpending(), sigwaitinfo()sigtimedwait()

3.3 新版功能.

signal.sigwaitinfo(sigset)

挂起调用方线程的执行直到信号集合 sigset 中指定的信号之一被传送。 此函数会接受该信号并将其从等待信号列表中移除。 如果 sigset 中的信号之一已经在等待调用方线程,此函数将立即返回并附带有关该信号的信息。 被传送信号的信号处理程序不会被调用。 如果该函数被某个不在 sigset 中的信号中断则会引发 InterruptedError

返回值是一个代表 siginfo_t 结构体所包含数据的对象,具体为: si_signo, si_code, si_errno, si_pid, si_uid, si_status, si_band

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 sigwaitinfo(2)

另请参阅 pause(), sigwait()sigtimedwait()

3.3 新版功能.

在 3.5 版更改: 当被某个 不在 sigset 中的信号中断时本函数将进行重试并且信号处理程序不会引发异常(请参阅 PEP 475 了解其理由)。

signal.sigtimedwait(sigset, timeout)

类似于 sigwaitinfo(),但会接受一个额外的 timeout 参数来指定超时限制。 如果将 timeout 指定为 0,则会执行轮询。 如果发生超时则返回 None

可用性: Unix。 更多信息请参见手册页面 sigtimedwait(2)

另请参阅 pause(), sigwait()sigwaitinfo()

3.3 新版功能.

在 3.5 版更改: 现在当此函数被某个不在 sigset 中的信号中断时将以计算出的 timeout 进行重试并且信号处理程序不会引发异常(请参阅 PEP 475 了解其理由)。

示例

这是一个最小示例程序。 它使用 alarm() 函数来限制等待打开一个文件所花费的时间;这在文件为无法开启的串行设备时会很有用处,此情况通常会导致 os.open() 无限期地挂起。 解决办法是在打开文件之前设置 5 秒钟的 alarm;如果操作耗时过长,将会发送 alarm 信号,并且处理程序会引发一个异常。

import signal, os

def handler(signum, frame):
    print('Signal handler called with signal', signum)
    raise OSError("Couldn't open device!")

# Set the signal handler and a 5-second alarm
signal.signal(signal.SIGALRM, handler)
signal.alarm(5)

# This open() may hang indefinitely
fd = os.open('/dev/ttyS0', os.O_RDWR)

signal.alarm(0)          # Disable the alarm

对于 SIGPIPE 的说明

将你的程序用管道输出到工具例如 head(1) 将会导致 SIGPIPE 信号在其标准输出的接收方提前关闭时被发送到你的进程。 这将引发一个异常例如 BrokenPipeError: [Errno 32] Broken pipe。 要处理这种情况,请对你的入口点进行包装以捕获此异常,如下所示:

import os
import sys

def main():
    try:
        # simulate large output (your code replaces this loop)
        for x in range(10000):
            print("y")
        # flush output here to force SIGPIPE to be triggered
        # while inside this try block.
        sys.stdout.flush()
    except BrokenPipeError:
        # Python flushes standard streams on exit; redirect remaining output
        # to devnull to avoid another BrokenPipeError at shutdown
        devnull = os.open(os.devnull, os.O_WRONLY)
        os.dup2(devnull, sys.stdout.fileno())
        sys.exit(1)  # Python exits with error code 1 on EPIPE

if __name__ == '__main__':
    main()

Do not set SIGPIPE's disposition to SIG_DFL in order to avoid BrokenPipeError. Doing that would cause your program to exit unexpectedly whenever any socket connection is interrupted while your program is still writing to it.

Note on Signal Handlers and Exceptions

If a signal handler raises an exception, the exception will be propagated to the main thread and may be raised after any bytecode instruction. Most notably, a KeyboardInterrupt may appear at any point during execution. Most Python code, including the standard library, cannot be made robust against this, and so a KeyboardInterrupt (or any other exception resulting from a signal handler) may on rare occasions put the program in an unexpected state.

To illustrate this issue, consider the following code:

class SpamContext:
    def __init__(self):
        self.lock = threading.Lock()

    def __enter__(self):
        # If KeyboardInterrupt occurs here, everything is fine
        self.lock.acquire()
        # If KeyboardInterrupt occurs here, __exit__ will not be called
        ...
        # KeyboardInterrupt could occur just before the function returns

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        ...
        self.lock.release()

For many programs, especially those that merely want to exit on KeyboardInterrupt, this is not a problem, but applications that are complex or require high reliability should avoid raising exceptions from signal handlers. They should also avoid catching KeyboardInterrupt as a means of gracefully shutting down. Instead, they should install their own SIGINT handler. Below is an example of an HTTP server that avoids KeyboardInterrupt:

import signal
import socket
from selectors import DefaultSelector, EVENT_READ
from http.server import HTTPServer, SimpleHTTPRequestHandler

interrupt_read, interrupt_write = socket.socketpair()

def handler(signum, frame):
    print('Signal handler called with signal', signum)
    interrupt_write.send(b'\0')
signal.signal(signal.SIGINT, handler)

def serve_forever(httpd):
    sel = DefaultSelector()
    sel.register(interrupt_read, EVENT_READ)
    sel.register(httpd, EVENT_READ)

    while True:
        for key, _ in sel.select():
            if key.fileobj == interrupt_read:
                interrupt_read.recv(1)
                return
            if key.fileobj == httpd:
                httpd.handle_request()

print("Serving on port 8000")
httpd = HTTPServer(('', 8000), SimpleHTTPRequestHandler)
serve_forever(httpd)
print("Shutdown...")