《LINUX學習：為shell布置陷阱：trap捕捉信號方法論》要點：
本文介紹了LINUX學習：為shell布置陷阱：trap捕捉信號方法論，希望對您有用。如果有疑問，可以聯(lián)系我們。

本文目次：

1.1 信號闡明

1.2 trap布置陷阱

1.3 布置完善陷阱必備知識

家里有老鼠,快消滅它!哎,又給跑了.老鼠這小東西跑那么快,想直接直接消滅它還真不那么容易.于是,老鼠藥、老鼠夾子或老鼠籠就派上用場了,它們都是陷阱,放在那靜靜地期待著老鼠的光顧.

在shell中,也可以捉"老鼠",捉到"老鼠"后,可以無視它、殺死它或者抓起來逗一番.只需使用內(nèi)置命令trap(中文就翻譯為陷阱、圈套)就可以布置一個陷阱,這個陷阱當然不是捕老鼠的,而是捕獲信號.

通常trap都在腳本中使用,主要有2種功效：

(1).忽略信號.當運行中的腳本過程接收到某信號時(例如誤按了CTRL+C),可以將其忽略,免得腳本執(zhí)行到一半就被終止.

(2).捕獲到信號后做相應處理.主要是清理一些腳本創(chuàng)建的臨時文件,然后退出.

1.1 信號闡明

詳細的信號闡明見：信號.常見的信號以及它們的數(shù)值代號、闡明如下：

Signal     Value     Comment
─────────────────────────────
SIGHUP        1      終止進程,特別是終端退出時,此終端內(nèi)的進程都將被終止
SIGINT        2      中斷進程,幾乎等同于sigterm,會盡可能的釋放執(zhí)行clean-up,釋放資源,保留狀態(tài)等(CTRL+C)
SIGQUIT       3      從鍵盤發(fā)出殺死(終止)進程的信號
 
SIGKILL       9      強制殺死進程,該信號不可被捕捉和忽略,進程收到該信號后不會執(zhí)行任何clean-up行為,所以資源不會釋放,狀態(tài)不會保留
SIGTERM      15      殺死(終止)進程,幾乎等同于sigint信號,會盡可能的釋放執(zhí)行clean-up,釋放資源,保留狀態(tài)等
 
SIGSTOP      19      該信號是不可被捕捉和忽略的進程停止信息,收到信號后會進入stopped狀態(tài)
SIGTSTP      20      該信號是可被忽略的進程停止信號(CTRL+Z)

每個信號其真實名稱并非是SIGXXX,而是去除SIG后的單詞,每個信號還有其對應的數(shù)值代號,在使用信號時,可以使用這3種方式中的任一一種.例如SIGHUP,它的信號名稱為HUP,數(shù)值代號為1,發(fā)送HUP信號時,以下3種方式均可.

kill -1 PID
kill -HUP PID
kill -SIGHUP PID

在上面所列的信號列表中,KILL和STOP這兩個信號無法被捕獲.一般來說,在設(shè)置信號陷阱時,只會考慮HUP、INT、QUIT、TERM這4個會終止、中斷進程的信號.

1.2 trap布置陷阱

trap的語法格局為：

1.   trap [-lp]
2.   trap cmd-body signal_list
3.   trap '' signal_list
4.   trap    signal_list
5.   trap -  signale_list
 
語法說明：
語法1：-l選項用于列出當前系統(tǒng)支持的信號列表,和"kill -l"一樣的作用.
       -p選項用于列出當前shell環(huán)境下已經(jīng)布置好的陷阱.
語法2：當捕獲到給定的信號列表中的某個信號時,就執(zhí)行此處給定cmd-body中的命令.
語法3：命令參數(shù)為空字符串,這時shell進程和shell進程內(nèi)的子進程都會忽略信號列表中的信號.
語法4：省略命令參數(shù),重置陷阱為啟動shell時的陷阱.不建議此語法,當給定多個信號時結(jié)果會出人意料.
語法5：等價于語法4.
trap不接任何參數(shù)和選項時,默認為"-p".

(1).查看當前shell已布置的陷阱.

[root@linuxidc ~]# trap
trap -- '' SIGTSTP
trap -- '' SIGTTIN
trap -- '' SIGTTOU

這3個陷阱都是信號忽略陷阱,當捕捉到TSTP、TTIN或TTOU信號時,將不做任何處理.

(2).設(shè)置一個可以疏忽CTRL+C和15信號的陷阱.

[root@linuxidc ~]# trap '' SIGINT SIGTERM
[root@linuxidc ~]# trap
trap -- '' SIGINT
trap -- '' SIGTERM
trap -- '' SIGTSTP
trap -- '' SIGTTIN
trap -- '' SIGTTOU

如許一來,當前的shell就無法被kill -15殺死.

[root@linuxidc ~]# kill $BASHPID;echo kill current bash failed
kill current bash failed

(3).設(shè)置一個陷阱,當這個陷阱捕獲到15信號時,就打印一條消息.

[root@linuxidc ~]# trap 'echo caught the TERM signal' TERM 
[root@linuxidc ~]# kill $BASHPID
caught the TERM signal

再查看已設(shè)置的陷阱,之前設(shè)置為忽略TERM信號的陷阱已經(jīng)被籠罩.

[root@linuxidc ~]# trap
trap -- '' SIGINT
trap -- 'echo caught the TERM signal' SIGTERM
trap -- '' SIGTSTP
trap -- '' SIGTTIN
trap -- '' SIGTTOU

(4).重置針對INT和TERM這兩個旌旗燈號的陷阱為初始狀態(tài).

[root@linuxidc ~]# trap - SIGINT SIGTERM
[root@linuxidc ~]# trap
trap -- '' SIGTSTP
trap -- '' SIGTTIN
trap -- '' SIGTTOU

(5).在腳本中設(shè)置一個能疏忽CTRL+C和SIGTERM信號的陷阱.

[root@linuxidc ~]# cat trap1.sh
#!/bin/bash
# script_name: trap1.sh
#
trap '' SIGINT SIGTERM
sleep 10
echo sleep success

當執(zhí)行該劇本后,將首先陷入睡眠狀態(tài),按下CTRL+C將無效.仍會執(zhí)行完所有的命令.

[root@linuxidc ~]# ./trap1.sh
^C^C^C^Csleep success

(6).布置一個當劇本中斷時能清理垃圾并退出立即劇本的陷阱.

[root@linuxidc ~]# cat trap1.sh
#!/bin/bash
# script_name: trap1.sh
#
trap 'echo trap handling...;rm -rf /tmp/$BASHPID$BASHPID;echo TEMP file cleaned;exit' SIGINT SIGTERM SIGQUIT SIGHUP
mkdir -p /tmp/$BASHPID$BASHPID/
touch /tmp/$BASHPID$BASHPID/{a.txt,a.log}
sleep 10
echo first sleep success
sleep 10
echo second sleep success

這樣,無論是什么情況中斷(除非是SIGKILL),腳本總能清理失落臨時垃圾.

1.3 布置完美陷阱必備知識

(1).陷阱的守護對象是shell進程自己,不會守護shell環(huán)境內(nèi)的子進程.但如果是信號忽略型陷阱,則會守護整個shell進程組使其忽略給定信號.

以下面這個腳本為例,設(shè)置的陷阱會捕獲到SIGING和SIGTERM兩個信號,捕獲到信號時將輸出陷阱做出處理的時間點.

[root@linuxidc ~]# cat trap2.sh
#!/bin/bash
# script_name: trap2.sh
#
trap 'echo trap_handle_time: $(date +"%F %T")' SIGINT SIGTERM
echo time_start: $(date +"%F %T")
sleep 10
echo time_end1: $(date +"%F %T")
sleep 10
echo time_end2: $(date +"%F %T")

執(zhí)行該劇本,并另開一個會話窗口,殺死trap2.sh劇本.

[root@linuxidc ~]# ./trap2.sh
[root@linuxidc ~]# killall -s SIGTERM trap2.sh

執(zhí)行成果如下.

結(jié)果中的trap_handle_time證明,腳本所在shell進程收到SIGTERM信號后,trap成功進行了處理.如果細心的話,會發(fā)現(xiàn)trap處理的時間正好是10秒之后,這并不是因為正好10秒之后才發(fā)送SIGTERM信號,而是因為trap就是這么工作的,這是另一個必要注意的點,稍后見下文的(2).

再次執(zhí)行腳本,在另個會話窗口下殺死腳本中正在運行的sleep進程和trap2.sh腳本地點進程.

[root@linuxidc ~]# ./trap2.sh
[root@linuxidc ~]# killall -s SIGTERM sleep ;sleep 3; killall -s SIGINT trap2.sh  # 另一個會話終端下執(zhí)行此命令

最終將返回如下成果：

time_start: 2017-08-14 12:23:06
Terminated                        # 接收到對sleep發(fā)送的SIGTERM信號
time_end1: 2017-08-14 12:23:09    # 沒有trap_handle_time,陷阱沒有守護sleep進程
trap_handle_time: 2017-08-14 12:23:19   # shell進程自己收到了SIGINT信號,并被陷阱處理了
time_end2: 2017-08-14 12:23:19

結(jié)果說明腳本中的trap陷阱沒有守護shell內(nèi)的sleep進程,只守護了shell自己.同樣也發(fā)現(xiàn)了,雖然是在3秒后發(fā)送INT信號給腳本進程,但陷阱同樣是在10秒之后才開始處理的.

再改動腳本中的陷阱為信號忽略陷阱.

[root@linuxidc ~]# cat ./trap3.sh
#!/bin/bash
# script_name: trap3.sh
#
trap '' SIGINT SIGTERM
echo time_start: $(date +"%F %T")
sleep 10
echo time_end1: $(date +"%F %T")
sleep 10
echo time_end2: $(date +"%F %T")

執(zhí)行trap3.sh,并在另一個會話終端下殺死sleep過程.

[root@linuxidc ~]# ./trap3.sh
[root@linuxidc ~]# killall -s SIGTERM sleep;sleep 3;killall -s SIGINT sleep   # 另一個會話終端下執(zhí)行此命令

成果如下.從時間差可以看出,無論是SIGTERM還是SIGINT信號,sleep進程都被忽略型trap守護了.

time_start: 2017-08-14 12:31:54
time_end1: 2017-08-14 12:32:04
time_end2: 2017-08-14 12:32:14

(2).如果shell中針對某信號設(shè)置了陷阱,則該shell進程接收到該信號時,會等待其內(nèi)正在運行的命令結(jié)束才開始處置陷阱.

其實(1)中的幾個示例的成果已經(jīng)證明了這一點.只要是向shell進程發(fā)送的信號,都會等待當前正在運行的命令結(jié)束后才處理信號,然后繼續(xù)腳本向下運行.

(3).CTRL+C和SIGINT不是等價的.當某一時刻按下CTRL+C,它是在向整個當前運行的進程組發(fā)送SIGINT信號.對shell腳原來說,SIGINT不僅發(fā)送給shell腳本進程,還發(fā)送給腳本中當前正在運行的進程.

所以,如果shell中設(shè)置SIGINT陷阱,不僅會終止腳本中當前正在運行的進程,trap還會立即進行對應的處置.

以下面的劇本trap4.sh為例.

[root@linuxidc ~]# cat trap4.sh
#!/bin/bash
# script_name: trap4.sh
#
trap 'echo trap_handle_time: $(date +"%F %T")' SIGINT
echo time_start: $(date +"%F %T")
sleep 10
echo time_end1: $(date +"%F %T")
sleep 10
echo time_end2: $(date +"%F %T")

如果使用kill命令向trap4.sh發(fā)送信號,正常情況下trap會在當前運行的sleep進程完成后才進行相關(guān)處理.但如果是按下CTRL+C,先看成果.

[root@linuxidc ~]# ./trap4.sh
time_start: 2017-08-14 13:41:30
^Ctrap_handle_time: 2017-08-14 13:41:31
time_end1: 2017-08-14 13:41:31
^Ctrap_handle_time: 2017-08-14 13:41:32
time_end2: 2017-08-14 13:41:32

結(jié)果中顯示,兩次按下CTRL+C后,不僅sleep立刻結(jié)束了,trap也立即進行處理了.這闡明CTRL+C不僅讓腳本進程收到了SIGINT信號,也讓當前正在運行的進程收到了SIGINT信號.

必要特別說明的是,如果當前正在運行的進程處在循環(huán)內(nèi),當該進程收到了終止進程后,僅僅只是立即終止當次進程,而不會終止整個循環(huán),也就是說,它還會繼續(xù)向下執(zhí)行后續(xù)命令并進入下一個循環(huán).如果此時是使用CTRL+C發(fā)送SIGINT,則每次CTRL+C時,trap也會一次次進行處理.

注意點(1)(2)(3)很重要,因為搞清楚了它們,才能明白腳本中當前正在運行的進程是先完成還是立即結(jié)束,這在寫復雜腳本或任務型腳本極其重要.例如大量文檔中www.example.com必要替換成www.example.net,假如使用sed進行處理,我們肯定不希望替換了一部分文件的時候被臨時終止.

(4).每個陷阱都有守護規(guī)模.每一個陷阱只將守護它后面的所有進程,直到遇到下一個相同信號的陷阱.

以shell劇本為例,如下圖所示.

(5).當shell環(huán)境下設(shè)置了信號忽略陷阱時,子shell在啟動時將繼承該陷阱,且這些信號忽略陷阱弗成再改變或重置.信號忽略陷阱是子shell唯一繼承的陷阱類型.

先在當前shell環(huán)境下設(shè)置一個疏忽SIGINT的陷阱,和一個不疏忽SIGTERM的陷阱.

[root@linuxidc ~]# trap '' SIGINT
[root@linuxidc ~]# trap 'echo haha' SIGTERM

以下是測試腳本.腳本中首先輸出腳本剛啟動時的最初陷阱列表,隨后改動陷阱并輸出新的陷阱列表,最后重置陷阱并輸出重置后的陷阱列表.

[root@linuxidc ~]# cat trap6.sh
#!/bin/bash
# script_name: trap6.sh
echo old_trap:--------
trap -p
trap 'echo haha' SIGINT SIGTERM
echo new_trap:--------
trap -p
echo "reset trap:------"
trap - SIGINT SIGTERM
trap -p

執(zhí)行成果如下.

[root@linuxidc ~]# ./trap6.sh    
old_trap:--------
trap -- '' SIGINT
new_trap:--------
trap -- '' SIGINT
trap -- 'echo haha' SIGTERM
reset trap:------
trap -- '' SIGINT

從結(jié)果中可以看出,啟動腳本時,父shell中忽略SIGINT的陷阱被繼承了,但不忽略信號的陷阱未被繼承.并且腳本繼承的信號忽略陷阱無法被修改和重置.

(6).交互式的shell下,如果沒有界說任何SIGTERM信號的陷阱,則會忽略該信號.

所以,在默認(未界說SIGTERM陷阱)時,無法直接通過15信號殺死當前bash進程.

[root@linuxidc ~]# kill $BASHPID;echo passed;kill -9 $BASHPID
passed
           # 此處當前bash已被kill -9強制殺死

(7).除了kill -l或trap -l列出的信號列表,trap還有4種特殊的信號：EXIT(或信號代碼0)、ERR、DEBUG和RETURN.DEBUG和RETURN這兩種信號陷阱無需存眷.

EXIT信號也是0信號,當設(shè)置了EXIT陷阱時,每次exit的時候都會被捕獲,并做相關(guān)處理.

ERR陷阱是在設(shè)置了"set -e"時生效的,當設(shè)置了"set -e"選項,每次遇到非0退出狀態(tài)碼時會退出當前shell,如果寫在腳本中,就是退出腳本.有了它就不用再在腳本中書寫對"$?"是否(不)等于0的判斷語句,不過它主要用于避免腳本中產(chǎn)生錯誤時,錯誤被滾雪球式的不斷放大.很多人將這一設(shè)置當作寫shell腳本的一項行為規(guī)范,但我個人不完全認同,很多時候非0退出狀態(tài)碼是無關(guān)緊要的,甚至有時候非0狀態(tài)碼才是繼續(xù)執(zhí)行的需要條件.

回到話題上.先看看"set -e"的效果.以下面的腳本為例,在腳本中,mv命令少給了一個參數(shù),它是差錯命令,返回的是非0狀態(tài)碼.

[root@linuxidc ~]# vim trap8.sh
#!/bin/bash
set -e
echo "right here"
mv ~/a.txt
[ "$?" -eq 0 ] && echo "right again" || echo "wrong here"

如果不設(shè)置"set -e",那么會被下一條語句判斷,但因為設(shè)置了"set -e",使得在mv錯誤發(fā)生時,就立即退出腳本所在的shell.也便是說,對"$?"的判斷語句根本便是多余的.結(jié)果如下.

[root@linuxidc ~]# ./trap8.sh
right here
mv: missing destination file operand after ‘/root/a.txt’
Try 'mv --help' for more information.

可以設(shè)置ERR陷阱,專門捕捉"set -e"起作用時的信號.例如,當命令錯誤時,做一些臨時文件清理動作等.注意,當捕捉到了ERR信號時,腳本不會再繼續(xù)向下運行,而是trap處理結(jié)束后就立即退出.例如：

[root@linuxidc ~]# vim trap8.sh
#!/bin/bash
set -e
trap 'echo continue' ERR
echo "right here"
mv ~/a.txt
[ "$?" -eq 0 ] && echo "right again" || echo "wrong here"
echo haha

執(zhí)行成果如下：

[root@linuxidc ~]# ./trap8.sh 
right here
mv: missing destination file operand after ‘/root/a.txt’
Try 'mv --help' for more information.
continue

(8).在trap中兩個很好用的變量：BASH_COMMAND和LINENO.BASH_COMMAND變量記載的是當前正在執(zhí)行的命令行,如果是用在陷阱中,則記載的是陷阱觸發(fā)時正在運行的命令行.LINENO記載的是正在執(zhí)行的命令所處行號.

例如：

[root@linuxidc ~]# vim trap8.sh
#!/bin/bash
set -e
trap 'echo "error line: $LINENO,error cmd: $BASH_COMMAND"' ERR
echo "right here"
mv ~/a.txt

執(zhí)行成果.

[root@linuxidc ~]# ./trap8.sh  
right here
mv: missing destination file operand after ‘/root/a.txt’
Try 'mv --help' for more information.
error line: 5,error cmd: mv ~/a.txt

(9).處置腳本中啟動的后臺進程.

通常trap在腳本中的作用之一是在突然被中斷時清理一些臨時文件然后退出,雖然它會等待腳本中當前正在運行的命令結(jié)束,然后清理并退出.但是,很多時候會在腳本中使用后臺進程,以加快腳本的速度.而后臺進程是獨立掛靠在init/systemd下的,所以它不受終端以及shell環(huán)境的影響.換句話說,當腳本突然被中斷時,即使陷阱捕捉到了該信號,并清理了臨時文件后退出,但是那些腳本中啟動的后臺進程還會繼續(xù)運行.

這就給腳本帶來了一些不可預測性,一個健壯的腳本必須能夠正確處理這種情況.trap可以實現(xiàn)比較好的解決這種問題,辦法是在trap的命令行中加上向后臺進程發(fā)送信號的語句,然后再退出.

以下面的劇本為例.

[root@linuxidc ~]# vim trap10.sh
#!/bin/bash
trap 'echo first trap $(date +"%F %T");exit' SIGTERM
echo first sleep $(date +"%F %T")
sleep 20 &
echo second sleep $(date +"%F %T")
sleep 5

該腳本中首先將一個sleep放入后臺運行.正常情況下,該腳本執(zhí)行5秒后就會退出,但在20秒后后臺過程sleep才會結(jié)束,即使突然發(fā)送中斷信號TERM觸發(fā)trap也一樣.

于是現(xiàn)在的目標是,在sleep 5的過程中突然中斷腳本時,能殺死后臺sleep進程.可以使用"!"這個特殊變量.改動后的腳本如下.

[root@linuxidc ~]# vim trap10.sh
#!/bin/bash
trap 'echo first trap $(date +"%F %T");kill $pid;exit' SIGTERM
echo first sleep $(date +"%F %T")
sleep 20 &
pid="$!"
sleep 30 &
pid="$! $pid"
echo second sleep $(date +"%F %T")
sleep 5

執(zhí)行該腳本,并在另一個會話窗口發(fā)送SIGTERM信號給該腳本過程.

[root@linuxidc ~]# ./trap10.sh ; ps aux | grep sleep       
[root@linuxidc ~]# kill trap10.sh    # 另一個會話窗口執(zhí)行

執(zhí)行成果如下.可見sleep被正常終止.

first sleep 2017-08-14 21:29:19
second sleep 2017-08-14 21:29:19
first trap 2017-08-14 21:29:24
root      69096  0.0  0.0 112644   952 pts/0    S+   21:29   0:00 grep --color=auto sleep

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