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

  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

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  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。

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用程序说明

  1 #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 }

wKiom1cslofTUwnJAAG2QcWrr-M220.jpg

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。