Linux--訊號

一、訊號
訊號用來通知進程發生了非同步事件。核心也可以因為內部事件而向進程發送訊號，通知進程發生了某個事件。請注意，訊號只是用來通知某個進程發生了什麼事件，並不會給該進程傳遞任何資料。

**用kill-l 命令查看系統定義的信號列表

二、信號的產生方式
① 透過鍵盤組合鍵向前台發送信號，（一個命令後面加& 可以發到後台運行）

a.訊號的預設動作是終止進程，SIGQUIT的預設處理動作是終止進程並且Core Dump,（core dump是進程異常終止時，可以選擇把進程的用戶空間記憶體資料全部保存到磁碟上，檔案名稱通常是core,這就叫做core dump,通常就是程式有了BUG，可以用調試器檢查core檔案以查清錯誤原因，）預設是不允許產生core檔案的,因為core檔案中可能包含使用者密碼,不安全，在開發調試時可以用ulimit指令改變這個限制，允許產生core檔。
用命令ulimit -c 1024

ulimit命令改變了Shell進程的Resource Limit,test進程的PCB由Shell進程複製而來,所以也具有和Shell進程相同的Resource Limit值,這樣就可以產生Core Dump了
② 透過呼叫系統函數想進程發送訊號

a.kill指令是呼叫kill函數來實現的。 kill函數可以給一個指定的程序發送指定的信號.raise函數可以給當前程序發送指定的信號(自己給自己發信號). 
int kill(pid_t pid, int signo);
int raise(int signo);
都是成功回傳0，錯誤回傳-1；

abort函數使目前程序接收到SIGABRT訊號而異常終止。
void abort(void);

像exit函數一樣，abort函數總是會成功的，所以沒有回傳值。

③ 由軟體條件產生的訊號

a.alarm函數與SIGALRM訊號
unsigned int alarm(unsigned int seconds);呼叫alarm函式可以設定一個鬧鐘，就是告訴核心在senconds秒後給目前行程發送SIGALRM ，預設動作是終止目前進程，函數的回傳值是0或是以前設定的鬧鐘時間還餘下的秒數。
三、處理訊號的方式
① 忽略此訊號

② 執行訊號的預設處理動作，一般是終止進程

③ 捕捉訊號

四、訊號的遞達與阻塞
③ 捕捉訊號

四、訊號的遞達與阻塞
①、阻斷的處理動作稱為訊號遞達(Delivery),訊號從產生到遞達之間的狀態,稱為訊號未決(Pending)。進程可以選擇阻塞(Block )某個訊號。被阻塞的訊號產生時將保持在未決狀態,直到進程解除對此訊號的阻塞，才執行遞達的動作。阻塞和忽略是不一樣的只要訊號被阻塞就不會遞達,而忽略是在遞達之後可選的一種處理動作。

訊號在內核中的表示

每個訊號都有兩個標誌位分別表示阻塞(block)和未決(pending),還有一個函數指標表示處理動作。訊號產生時,核心在進程控制區塊中設定該訊號的未決標誌,直到訊號遞達才清除該標誌
如果在進程解除對某訊號的阻塞之前這種訊號產生過多次,在Linux中常規訊號在遞達之前產生多次只計一次,而即時訊號在遞達之前產生多次可以依序放在一個佇列裡。每個訊號只有一 個bit的未決標誌,非0即1,不記錄該訊號產生了多少次,阻塞標誌也是這樣表示的。 （blank是一種狀態，pending表示的是有無）未決和阻塞標誌可以用相同的資料型態sigset_t來儲存,sigset_t稱為訊號集,阻斷訊號集也叫做目前行程的訊號屏蔽字(Signal Mask) ,這裡的「屏蔽」應該被理解為阻塞而不是忽略。

②、訊號集操作函數 

#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

呼叫函數sigprocmask可以讀取或更改進程的訊號屏蔽字(阻塞訊號集)。
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);成功則為0，出錯則為-1；
如果調用sigprocmask解除了對當前若干個未決信號的阻塞,則在sigprocmaskask返回前,至少將其中一個信號遞達.
how參數的含義

SIG_BLOCK set包含了我們希望添加到當前信號屏蔽字的信號，

SIG_UNBLOCK set包含了我們希望從當前信號屏蔽在字中解除阻塞的信號，

SIG_SETMASK 設定目前訊號屏蔽字為set所指向的值，

④、sigpending 
int sigpending(sigset_t *set);
sigpending讀取目前進程的未決訊號集,透過set參數傳出。呼叫成功則回傳0,出錯則回傳-1。
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用程序說明

#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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