[Linux] 信号(singal)详解（一）

标题：[Linux] 信号(singal)详解

@水墨不写bug

（图片来源于网络）

正文开始：

一、认识信号

1、认识信号

    信号，联系生活，比如你看到钟表知道现在的时间，于是提醒自己这会儿要要干啥了；再比如，在过马路时，看到信号灯是红色，你会停下来等待，直到信号灯变绿。这都是信号的例子，其实**信号简而言之，就是一种简易的信息传递方式。**

2、信号特点

    随时可能产生，信号的产生是没有预告的，与你的生活是异步的。
    你能识别信号（可以想想一下，如果不能识别信号，生活会变得怎么样），并且知道得到这个信号之后该怎么做。
    当你收到信号的时候，你可能正在做更加重要的事（比如在期末考），这时需要把信号保存起来，暂不处理。

     **转到OS层面：**

    在进程中，信号可能随时产生，（这意味着OS需要不停的检测信号是否产生），信号的产生和进程异步。
    进程能够识别信号，并且知道得到这个信号之后该怎么做（处理信号）。
    进程可能正在做更加重要的事情，于是可能会把信号暂不处理。

综上，OS需要组织信号，并且需要在合适的时候处理信号。

3、基本概念

   ** 信号是LINUX OS 提供的一种，向指定进程发送特定信息的方式。目的是让进程做识别和处理。**

二、信号的产生（5种方式）

    **1.通过kill指令，向特定的进程发送信号。**

    首先可以通过   **kill -l   **查看所有的信号类型：

     对于不同种类的信号，OS会有不同的处理方式（后文将会有详细解释）

    ** 2.键盘可以产生信号。**

ctrl + c ：SIGINT（2号信号）

ctrl + \ = | : SIGQUIT（3号信号）

（见上图）

    **3.系统调用可以产生信号。**

int kill（pid_t id，int sig）；——kill命令的底层

**void abort（void）； ——产生 SIGABRT； **

   ** 4.软件条件可以产生信号。**

比如：

    管道read fd关闭，write fd还在写入，OS发送SIGPIPE （13号信号）来杀死write进程。
    alarm系统调用可以产生信号:![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/ebd2beb2120042bebc1bc520226440f5.png)

    **5.异常可以产生信号。**

     对于非法访问操作，被OS检测到，OS会发送信号。

OS为什么可以检测到信号？

    以发生除0错误为例，当发生除0时，CPU内部的eflag（寄存器）的溢出标记位被置1，表明本次运算的结果发生溢出，计算结果不可信。
    CPU是硬件，OS要管理硬件，于是OS会检测到CPU的这个标记位的错误信息，并通过发送信号的方式，终止发生错误的进程。
    **总结：OS通过检测硬件的标记位信息，来判断是否发生了错误。**

三、信号的保存

    信号的保存和处理其实是密切联系的。信号的保存通过三张表实现的——**block位图、pending位图、handler函数指针表。**

** 概念引入：**

   ** 信号递达：**实际执行信号的过程称为信号的递达（Delivery）。
   ** 信号未决：**信号从产生到递达之间状态称为信号未决（pending）。
   ** 信号阻塞：**进程可以阻塞某一信号，意味着这个信号一旦产生，永远不递达，一直是未决状态，直到主动解除阻塞为止，才执行递达的动作。

注意：

** 信号的阻塞与其是否未决无关。**

** 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。**

通过查看kill -l：

发现：

    **普通信号一共31个**。如果用一个位图来存储，需要31个bit位，于是Linux OS提供了一个专门的数据类型用作位图：**sigset_t 。**

    本章开头所说的**2张位图和一张函数指针表**实际就是存储在进程的**task_struct**中的：

     每个信号都有两个标志位分别表示**阻塞(block)**和**未决(pending)**,和**函数指针表(handler)**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(设置为1),直到信号递达才清除该标志（设置为0）。

    在上图的例子中：

• ** SIGHUP**信号未阻塞也未产生过；当它递达时执行默认处理动作。

•     **SIGINT**信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达；虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有可能会对SIGINT进行自定义处理，进而解除阻塞之后可能会产生意想不到的结果。

•    ** SIGQUIT**信号未产生过；SIGQUIT产生之后，一旦产生SIGQUIT信号将被解除阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。

到这里，我们可以总结：

    **两张位图和一张函数指针数组，可以实现让进程识别信号！！ **

实验：检测信号的保存

     ** 注意：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。如何验证（常规信号在递达之前产生多次只记一次）呢？**
    通过下面的这一份实验测试，可以验证。但是你可能会对实验中使用的关于信号的函数接口有疑惑，鉴于此，我会在注释中尽可能详细注明；**并在后续的文章内容中详细讲解系统的信号部分的接口的使用。       **

#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
bool loop = true;
void Print(sigset_t &pending)
{
    for (int sig = 31; sig > 0; sig--) // 没有0号信号，信号的范围1——31，两闭
    {
        if (sigismember(&pending, sig))
        {
            cout << 1;
        }
        else
        {
            cout << 0;
        }
    }
    cout << endl;
}
/*一旦检测到3号信号，会走这里的处理逻辑，此时吧loop置false，使得对2号信号的处理逻辑结束。*/
void donesig2(int sig)
{
    cout << "get sig 3" << endl;
    cout << "loop = false, done sig2" << endl;
    loop = false;
}
void sigcb(int sig)
{
    loop = true;
    cout << "get a sig:" << sig << endl;
    while (loop)
    {
        sigset_t pending;
        sigpending(&pending);//函数接口：获取目前的pending位图
        Print(pending);//打印出pending位图，便于观察
        sleep(1);
        signal(3, donesig2);//检测3号信号——在处理信号的同时依然可以接受并处理信号
    }
}
int main()
{
    struct sigaction ac, oac;//一个结构体类型，内部存储有维护信号系统的一系列变量
    ac.sa_flags = 0;//暂时设为0
    /*sa_mask是一个sigset_t类型的位图（sigset_t是一个专门用于维护31个信号位的类型）
    此处这个函数的作用是把这个位图的所有位置全置0（初始化）
    但是这个位图目前还没有被设置进操作系统的信号位图*/
    sigemptyset(&ac.sa_mask);
    /*sa_handler是结构体内部的一个成员，是一个函数指针类型，需要用户自定义实现，
    也就是当进程接受到特定信号之后需要做的处理动作*/
    ac.sa_handler = sigcb;
    while (true)
    {
        //这是一个和上述的结构体类型同名称的一个函数
        //参数：（需要屏蔽的信号，需要设置结构体类型，老的结构体类型，目的是为了保存设置之前的数据，防止用户想要撤回操作）
        sigaction(2, &ac, &oac);//对2号信号进行特殊处理
        sleep(1);
        cout << "I am process:" << getpid() << endl;
    }
    return 0;
}

完~

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