Linux信号

Linux信号

信号处理机制

信号产生方式

在linux系统中，信号由以下五种方式产生

按键产生
系统调用产生
软件条件产生
硬件异常产生
命令产生

信号的两种状态

信号存在以下两种状态

递达：信号产生并且送达进程。被内核直接处理
未决：介于产生和递达之间的状态

信号的三种处理方式

执行默认处理动作
忽略
捕捉（自定义）

信号列表

使用如下命令即可查看linux支持的信号列表

kill -l

信号集

阻塞信号集（信号屏蔽字）：本质是位图，用来记录信号的屏蔽状态。一旦被屏蔽的信号，在解除屏蔽前，一直处于未决态。
未决信号集：本质是位图。用来记录信号的处理状态。该信号集中的信号，表示，已经产生，但尚未被处理

信号处理流程

以向屏蔽了SIGINT信号的程序发送Ctrl+C信号为例，系统在接收到硬件发来的信号后，产生中断，进入内核态处理，发现为SIGINT信号，将前台应用的PCB中的未决信号集里的2号位置为1，在处理完中断后，返回用户态之前，检查未决信号集，发现2号位为1，此时检查阻塞信号集，因为已经屏蔽了SIGINT信号，因此阻塞信号集中该位也为1，因此不对此未决信号做出处理，返回用户态继续执行。

若程序没有屏蔽SIGINT信号，那么内核发现阻塞信号集2号位为0，未决信号集2号位为1，则会直接结束进程，不会继续返回用户态执行剩余代码。

注意：

linux中由信号产生的中断为一种软件中断，严格来说并不会立即进入内核处理，而是在因为其他因素产生中断进入内核后，在返回用户态之前，会对信号集进行检查，并处理信号。

也就是说，linux并不会因为信号的产生而特意进入内核处理，而是在处理其他中断出内核的时候顺便检查一下信号，如果有的话就处理一下。但在宏观上由于中断的产生很频繁，所以也可以按照信号产生后立刻就会被处理来理解。

信号集操作方式

信号集操作函数

sigset_t set; //自定义信号集。
sigemptyset(sigset_t *set); //清空信号集
sigfillset(sigset_t *set); //全部置 1
sigaddset(sigset_t *set, int signum); //将一个信号添加到集合中
sigdelset(sigset_t *set, int signum); //将一个信号从集合中移除
sigismember（const sigset_t *set，int signum); //判断一个信号是否在集合中。 在返回1，不在返回0

1 2	//设置信号屏蔽字和解除屏蔽： int sigprocmask(int how, const sigset_t set, sigset_t oldset);

how: SIG_BLOCK: 设置阻塞
SIG_UNBLOCK: 取消阻塞
SIG_SETMASK: 用自定义 set 替换 mask。
set：自定义 set
oldset：旧有的 mask。

1 2	//查看当前的未决信号集： int sigpending(sigset_t *set);

set：传出的未决信号集。

信号的发送与捕捉

信号的发送

kill函数

向指定进程发送指定的信号。

1	int kill(pid_t pid,int signum)

参数：

pid:

0:发送信号给指定进程
= 0：发送信号给跟调用 kill 函数的那个进程处于同一进程组的进程。
< -1: 取绝对值，发送信号给该绝对值所对应的进程组的所有组员。
= -1：发送信号给，有权限发送的所有进程。

signum：待发送的信号

返回值：成功返回0，失败返回-1

注意：kill函数虽然名字叫做kill，但其功能本质上是向指定进程发送一个信号，而并不一定是杀死该进程。只是大多数信号的默认处理动作都是结束进程，以及它也时常被用于结束进程，因此得名。

alarm函数

定时发送 SIGALRM 给当前进程。

1	unsigned int alarm(unsigned int seconds);

seconds为要设定的秒数

返回值：上次定时剩余的时间

alarm(0)为取消定时

注意：alarm函数采用的计时为自然时间，即所记的时间为内核空间时间加上用户空间时间。若想要单独记用户空间或内核空间时间，或者想要将单位精确到微秒，则需使用settimer函数。

其他几个发送信号的函数

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3

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
int raise(int sig);
void abort(void);

信号的捕捉

信号捕捉函数

linux中每个信号都有自己对应的默认处理函数，而想修改收到信号后的处理方式，则需要我们自己定义信号的捕捉处理函数，这类函数的格式为：

1	void function(int)

即传入参数为int型的信号编号，而传出参数为void。

这一捕捉函数无需我们自己调用，我们只需使用signal函数或sigaction函数在linux内核中注册这一函数，即可将想捕捉的信号的处理方式指定为这一函数。当程序收到这一信号时便会自动调用我们指定的这一函数。

signal函数

该函数为ANSI定义，在不同Linux版本中可能有着不同的行为，应尽量避免使用

sigaction函数

修改信号处理动作，在内核中为指定型号注册捕捉处理函数

1	int sigaction(int signum, const struct sigaction act, struct sigaction oldact);

参数：

signum：要修改处理动作的信号

act：传入参数，新的处理方式

oldact：传出参数，旧的处理方式。如果不需要也可以传入NULL.

struct sigaction {
               void     (*sa_handler)(int);
    			//第二个参数只在有发送信号的同时有发送复杂信息，例如一个结构体时才使用
               void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
               sigset_t   sa_mask;
               int        sa_flags;
               void     (*sa_restorer)(void);//该参数已废弃
           };

*sa_handler 为要指定的信号处理函数。

sa_mask 为只在信号捕捉函数调用时才起作用的信号屏蔽字

sa_flags 默认传0，表示在当前信号的捕捉函数执行时，屏蔽这一信号。

需求1：用信号集操作屏蔽ctrl+c操作

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void print_set(sigset_t *set)
{
	for (int i = 1; i < 32; i++)
	{
		if (sigismember(set, i))
			putchar('1');
		else
			putchar('0');
	}
	printf("\n");
}

int main(int argc, char* argv)
{
	sigset_t set, pendingSet, oldset;
	sigemptyset(&set);
	sigaddset(&set, SIGINT);
	int ret = sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oldset);
	
	while (1) {
		ret = sigpending(&pendingSet);
		print_set(&pendingSet);
		sleep(1);
	}

}

需求2：在不影响父进程执行的情况下回收子进程

**补充—SIGCHLD 的产生条件： **

子进程终止时
子进程接收到 SIGSTOP
子进程处于停止态，接收到 SIGCONT 后唤醒时

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>

void sys_error(const char* error)
{
	perror(error);
	exit(1);
}

void catch_sigchld(int signo)
{
	pid_t pid;
	int status;
	printf("in\n");
	//(pid = waitpid(-1,&status,WNOHANG)) > 0 不阻塞回收方式
	//(pid = wait(NULL)) != -1 阻塞回收方式
	while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
		printf("wait process id = %d\n", pid);
	}
	return;
}

int main(int argc, char* argv)
{
	pid_t pid;
	int i;
	//阻塞SIGCHLD信号
	sigset_t set,oldSet;
	sigemptyset(&set);
	sigaddset(&set, SIGCHLD);
	sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oldSet);


	//循环创建子进程
	for (i = 0; i < 5; i++) {
		if ((pid = fork()) == 0)break;
		if (pid == -1)sys_error("fork error");
	}

	if (pid == 0){
		//子进程
		printf("I'm %dth child,id = %d\n", i + 1,getpid());

	}
	else {
		//父进程
		printf("I'm parent\n");

		//注册SIGCHLD的捕捉函数
		struct sigaction act;
		act.sa_handler = catch_sigchld;
		sigemptyset(&act.sa_mask);
		act.sa_flags = 0;
		sigaction(SIGCHLD, &act, NULL);

		//取消阻塞
		sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, &oldSet);
		
		//判断是否还有子进程，若子进程全部退出再关闭
		int status,pid;
		while ((pid = wait(NULL)) != -1) {
			printf("wait process id = %d\n", pid);
		}
	}

	return 0;
}

说明：

可能遇到的问题：

Q1：信号捕捉函数执行的过程中可能有多个子进程同时结束

A1：在捕捉函数中循环回收，直到没有结束的子进程

Q2：若在捕捉函数中采用wait(NULL)，会使得父进程一直阻塞等待。

A2：在循环中使用waitpid(-1,&status,WNOHANG)，判断没有已经退出的子进程之后就结束捕捉函数(如下图是两种不同的执行结果)

图一为采用wait(NULL)阻塞等待的方式，信号处理函数只被调用了两次，说明父进程一直在被阻塞。之所以是两次而不是一次是因为在阻塞回收的过程中，不断有子进程结束，父进程的未决信号集中SIGCHLD被置为了1，但该信号在信号处理函数期间处于被屏蔽的状态，当回收完所有子进程之后，屏蔽解除，再次进入处理函数处理这一信号。因此为两次。

图二采用非阻塞的调用方式，可以看到四次调用了捕捉函数，说明回收子进程的工作并没有让父进程一直等待，达成了我们的目的。

2022-02-13 # 学习笔记 # Linux # 学习笔记 # Linux