Linux——信号

一.基本概念

信号是Linux系统提供的一种，向指定进程发送特定事件的方式。

通过kill -l指令。即可查看系统中所有的信号，其中我们只关注1-31号，其他信号为实时信号不作考虑。

信号产生是异步的。

二.信号处理

• 默认动作
• 忽略动作
• 自定义处理-信号捕捉

进程处理信号，都是默认的，默认动作通常是：终止、暂停、忽略等。

自定义捕捉指定信号函数：

#include<signal.h>

sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);

参数：

signum：信号值

*handler：类型为void (sighandler_t)(int)的函数指针。

该函数通过自定义一个函数操作，将其传入signal函数，随后通过信号signum执行该函数操作。

其中signum会作为handler函数的参数传入。

通过该函数修改指定信号的捕捉方式，再次调用该信号时，就会执行对应的handler函数。

同时可以对不同的信号传递相同的handler函数。

理解进程的发送与保存（浅度）：

在进程的task_struct内部，存在能够保存信号的位图成员变量。

向进程发送信号，就是修改其PCB中的信号的指定位图，只有OS有这个权利。

三.信号产生

1. 通过kill命令，向指定进程发送指定的信号。
2. 键盘可以产生信号，如ctrl + c，即终止进程。
3. 系统调用。

1.系统调用函数

#include<sys/types.h>

#include<signal.h>

int kill(pid_t pid,int sig);

向指定进程，发送指定信号。

#include<signal.h>

**int raise(int sig); **

向调用该函数的进程发送指定信号。

#include<stdlib.h>

void abort(void);

向调用该函数的进程发送6号信号，即异常终止。

6号信号可以被自定义捕捉，但是仍然会执行其异常终止的功能。

9号信号不允许被自定义捕捉，其默认为终止进程的信号。

#include<unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

闹钟函数，可以定时终止进程。参数为闹钟时间，返回值为上一个闹钟的剩余时间。

在OS中会存在很多个闹钟，这就要求OS要把所有的闹钟组织其中共同管理。

闹钟的执行顺序采用最小堆的方式，闹钟的剩余时间越短，就越靠上。

2.异常信号

当我们的进程执行时发生了非法访问等异常操作时，OS就会向进程发送异常信号从而终止进程，这就是通常所谓的程序崩溃。

常见的异常信号有：

8号SIGFPE：除0错误

11号SIGSEGV：野指针访问

如果我们把异常信号捕捉了，也是可以不让进程终止的，但是程序也不会继续往下执行。

当我们的程序出现异常时，OS作为软硬件资源的管理者，要随时处理这些问题，尤其是除0错误而引发的硬件错误，即向目标进程发送信号。

此时，寄存器开始发挥作用，寄存器只有一套，但是寄存器里的数据属于每一个进程，我们需要通过寄存器来完成硬件上下文的保存和恢复。

进程的终止状态有两种：

• term：异常终止
• core：异常终止，但是会帮我们形成一个debug文件，保存进程异常时的核心数据，协助我们找到错误。

四.阻塞信号

实际执行信号的处理动作称为信号递达。包括默认，忽略和自定义捕捉。

信号从产生到递达之间的状态，称为信号未决。

进程可以选择阻塞某个信号，阻塞一个信号，对应的信号一旦产生，永不递达，一直未决，直到主动解除阻塞。

一个信号如果阻塞，和它有没有未决无关。

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。

阻塞和忽略是不同的，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。

在进程的task_struct内部，存在三张表：

• handler表：函数指针数组，其下标就是信号的编号，由此来索引信号处理方法。
• pending表：位图，未决信号集，比特位的位置代表信号编号，内容代表信号是否收到。
• block表：位图，阻塞信号集，比特位的位置代表信号编号，内容代表信号是否阻塞。

通过这三张表，就可以让进程完成对信号的识别。

五.信号保存

信号集操作函数

**#include <signal.h> **

*int sigemptyset(sigset_t set);//初始化set指向的信号集，全部比特位置0

*int sigfillset(sigset_t set);//初始化set指向的信号集，全部比特位置1

*int sigaddset (sigset_t set, int signo);//在set指向的信号集中添加信号

*int sigdelset(sigset_t set, int signo);//在set指向的信号集中删除信号

**int sigismember（const sigset_t *set, int signo); **

这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。

sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。

读取或更改进程的信号屏蔽字（阻塞信号集）

**#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t set, sigset_t oldset);

参数：

how：有三个选项：

set： 输入型参数，即要设置的信号屏蔽字的值。

oldset：输出型参数，保存原始的信号屏蔽字，返回给用户。

成功返回0，失败返回-1。

获取当前进程的pending位图

#include <signal.h>

*int sigpending(sigset_t set);//输出型参数

成功返回0，失败返回-1。

六.信号处理

信号捕捉

进程的地址空间大小为4G，其中3G归用户所用，称为用户空间，而剩余的1G大小称为内核空间，归OS所有。实际上，在地址空间和OS之间，还可以存在一张内核级页表，可以将OS映射到内核空间，从而使OS存在于进程的地址空间中。

系统同时运行多个进程时，所有的进程共同维护一份内核级页表，这就是为什么不管进程如何切换，我们都能够找到OS的原因。

OS如何从键盘读取数据：

当键盘向OS写入数据时，会发生硬件中断，此时数据会被写入CPU的寄存器中进行保存， 在内存中，存在专门存放外设管理的函数指针数组，其中数组的下标，对应每一种外设的中断号，数据在写入寄存器时，寄存器也会保存中断号，此时内存就可以通过中断号，将寄存器里的数据读入内存。

信号捕捉函数：

#include <signal.h>

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

参数：

signum：信号编号。

act：输入型参数，结构体类型，其内部包含一个函数指针对象，指向信号要执行的handler方法。

oldact：输出型参数，保存信号原本的结构体信息。

**struct sigaction **

**{
void(*sa_handler)(int);//handler方法
void(*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void );//不关心
sigset_t sa_mask;//进程正在处理某信号，同时我们还想屏蔽其他信号，则通过sigaddset函数将其他信号填入sa_mask中。
int sa_flags;//不关心，置0。
void(sa_restorer)(void);//不关心
};

当进程正在对某信号进行处理时，默认该信号会被自动屏蔽，直至该信号被处理完成时，会自动解除对该信号的屏蔽。

七.其他信号知识

子进程在退出时，会向父进程发送退出信号——SIGCHLD，父进程可以通过对该信号进行处理，从而对子进程进行某些管理。