Linux--信号

一、信号
信号用来通知进程发生了异步事件。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。注意，信号只是用来通知某进程发生了什么事件，并不给该进程传递任何数据。

**用kill-l 命令查看系统定义的信号列表

二、信号的产生方式
① 通过键盘组合键向前台发送信号，（一个命令后面加 & 可以发到后台运行）

a.信号的默认动作是终止进程，SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且Core Dump,（core dump是进程异常终止时，可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上，文件名通常是core,这就叫做 core dump,通常就是程序有了BUG，可以用调试器检查core文件以查清错误原因，）默认是不允许产生core文件的,因为core文件中可能包含用户密码,不安全，在开发调试时可以用 ulimit命令改变这个限制，允许产生core文件。
用命令 ulimit -c 1024

ulimit命令改变了Shell进程的Resource Limit,test进程的PCB由Shell进程复制而来,所以也具有和Shell进程相同的Resource Limit值,这样就可以产生Core Dump了
② 通过调用系统函数想进程发送信号

a.kill命令是调用kill函数实现的。kill函数可以给一个指定的进程发送指定的信号.raise函数可以给当前进程发送指定的信号(自己给自己发信号). 
int kill(pid_t pid, int signo);
int raise(int signo);
都是成功返回0，错误返回-1；

abort函数使当前进程接收到SIGABRT信号而异常终止。
void abort(void);

像exit函数一样，abort函数总会成功的，所以没有返回值。

③ 由软件条件产生的信号

a.alarm函数 和SIGALRM信号
unsigned int alarm(unsigned int seconds);调用alarm函数可以设定一个闹钟，就是告诉内核在senconds秒后给当前进程发SIGALRM信号，默认动作是终止当前进程，函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。
三、处理信号的方式
① 忽略此信号

② 执行信号的默认处理动作，一般是终止进程

③ 捕捉信号

四、信号的递达和阻塞
①、阻塞

实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery),信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。进程可以选择阻塞(Block )某个信号。被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞，才执行递达的动作。阻塞和忽略是不一样的只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。
信号在内核中的表示

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志
如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,在Linux中常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。每个信号只有一 个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。（blank是一种状态，pending表示的是有无）未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。
②、信号集操作函数 

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);//初始化对应的信号集bit位为0
int sigfillset(sigset_t *set);//初始化对象的信号集bit位为1
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);//添加有效信号 
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);//删除有效信号
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);//判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号，包含返回1，不包含返回0。

③、sigprocmask

调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)。
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);成功则为0，出错则为-1；
如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达.
how参数的含义

SIG_BLOCK set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号，

SIG_UNBLOCK set包含了我们希望从当前信号屏蔽在字中解除阻塞的信号，

SIG_SETMASK 设置当前信号屏蔽字为set所指向的值，

④、sigpending 
int sigpending(sigset_t *set);
sigpending读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。调用成功则返回0,出错则返回-1。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
用程序说明

#include<stdio.h>  
  2 #include<unistd.h>  
  3 #include<signal.h>  
  4 void printsigset(sigset_t* sig)  
  5 {  
  6     int i=0;  
  7     for(;i<31;i++)  
  8     {  
  9         if(sigismember(sig,i))//判断指定信号是否在目标集合中  
 10         {  
 11             printf("1");  
 12         }  
 13         else  
 14         {  
 15             printf("0");  
 16         }  
 17     }  
 18     printf("\n");  
 19 }  
 20 int main()  
 21 {  
 22     sigset_t s,p;//定义信号集  
 23     sigemptyset(&s);//初始化  
 24     sigemptyset(&p);  
 25     sigaddset(&s,SIGINT);//设置信号ctrl+C  
 26     sigprocmask(SIG_BLOCK,&s,NULL);//设置阻塞信号集，阻塞 SIGINT信号  
 27     while(1)  
 28     {  
 29         sigpending(&p);//获取未决信号集  
 30         printsigset(&p);  
 31         sleep(1);  
 32     }  
 33     return 0;  
 34 }

结果分析：
程序运行时,每秒钟把各信号的未决状态打印一遍,直到按Ctrl-C将会使SIGINT信号处于未决状态,
五、捕捉信号
a.内核如何实现信号的捕捉

如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号，处理过程如下，举例来说明
1. 用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler。
2. 当前正在执行main函数,这时发生中断或异常切换到内核态。
3. 在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号SIGQUIT递达。
4. 内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行,而是执行sighandler函 数,sighandler和main函数使用不同的堆栈空间,它们之间不存在调用和被调用的关系,是两个独立的控制流程。
5. sighandler函数返回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态。
6. 如果没有新的信号要递达,这次再返回用户态就是恢复main函数的上下文继续执行了
**（先从用户态―>内核态->返回用户态之前检查有信号递达，返回用户态处理信号->处理完成后再进入内核态->如果没有新的信号递达，返回用户态恢复上下文继续执行）
b.sigaction 
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);
sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作。调用成功则返回0,出错则返回- 1
将sa_handler赋值为常数SIG_IGN传给sigaction表示忽略信号,赋值为常数SIG_DFL表示执行系统默认动作,赋值为一个函数指针表示用自定义函数捕捉信号,或者说向内核注册了一个信号处理函 数,该函数返回值为void,可以带一个int参数,通过参数可以得知当前信号的编号,这样就可以用同一个函数处理多种信号。显然,这也是一个回调函数,不是被main函数调用,而是被系统所调用。
当某个信号的处理函数被调用时,内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字,这样就保证了在处理某个信号时,如果这种信号再次产生,那么它会被阻塞到当前处理结束为止。 
如果在调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还希望自动屏蔽另外一些信号,则用sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。
c.pause
int pause(void); 
pause函数使调用进程挂起直到有信号递达。如果信号的处理动作是终止进程,则进程终止,pause函数没有机会返回;如果信号的处理动作是忽略,则进程继续处于挂起状态,pause不返回;如果信号的处理动作是捕捉,则调用了信号处理函数之后pause返回-1,
用alarm和pause实现sleep(3)的函数

1 #include<stdio.h>  
 2 #include<unistd.h>  
 3 #include<signal.h>  
 4 void sig_alarm(int signo)  
 5 {  
 6        //do nothing  
 7 }  
 8 unsigned int  my_sleep(unsigned int times)  
 9 {  
 10     struct sigaction new ,old;  
 11     unsigned int unslept=0;  
 12     new.sa_handler=sig_alarm;  
 13     sigemptyset(&new.sa_mask);  
 14     sigemptyset(&old.sa_mask);  
 15     new.sa_flags=0;  
 16     sigaction(SIGALRM,&new,&old);//注册信号处理函数  
 17     alarm(times); //设置闹钟  
 18     pause();  
 19     unslept=alarm(0);//取消闹钟  
 20     sigaction(SIGALRM,&old,NULL);//恢复默认信号处理动作  
 21     return unslept;  
 22 }  
 23 int main()  
 24 {  
 25     while(1)  
 26     {  
 27         my_sleep(5);  
 28         printf("5 senconds pass\n");  
 29     }  
 30     return 0;  
 31 }

六、可重入函数 
当捕捉到信号时,不论进程的主控制流程当前执行到哪儿,都会先跳到信号处理函数中执行,从信号处理函数返回后再继续执行主控制流程。信号处理函数是一个单独的控制流程,因为它和主控制流程是异步的,二者不存在调用和被调用的关系,并且使用不同的堆栈空间。引入了信号处理函数使得一个进程具有多个控制流程,如果这些控制流程访问相同的全局资源(全局变量、硬件资源等),就有可能出现冲突。

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