Linux信号机制探析--信号的保存

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目录

🐀信号其他相关常见概念 

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.

注意：

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。

🦋信号保存

信号到来的时候，如果进程正在处理更重要的事情，暂时不能及时处理该信号，进程会将该信号进行临时保存。临时保存，那保存在哪里呢？

• 保存在进程的PCB中，采用位图数据结构进行保存，称为pending位图。其中，比特位的位置，表示信号的编号，比特位的内容，表示是否收到该信号。
• 发送信号，实际上是OS向进程的PCB的pending位图中写入信号。PCB是内核数据结构，如果用户要更改pending内容，需要通过系统调用。

🐛阻塞信号

在内核中的表示

每个信号都有两个标志位分别表示

阻塞(block 位图)

和

未决(pending 位图)

,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,将如何处理?

• Linux是这样实现的：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。本章不讨论实时信号。
• 其中每一个信号的默认处理是放在handler的函数指针数组里面的，实际上自定义捕捉就是将自己所写的函数的地址与handler中对应的位置的内容替换掉。
• 当一个进程收到一个信号是，即在pengding位图中有该信号，会在block 位图中看该信号是否被阻塞，如果被阻塞，则不会被递达，如果没有被阻塞，就会在handler数组里面查找相对应的方法，将信号递达。
• OS向目标进程发送信号，实际上是向目标进程写入信号。

阻塞 VS 忽略：

忽略是信号递达的一种方式，阻塞仅仅是不让指定的信号递达。

阻塞一个信号和是否收到指定信号没有关系。

🦗三张表匹配的操作和系统调用

sigset_t 

从上图来看,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。
因此,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

（OS提供的）,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。下面将详细介绍信号集的各种操作。

 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。

🐜信号集操作函数 

sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_ t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的。

#include<signal.h>intsigemptyset(sigset_t *set);//所有比特位置0intsigfillset(sigset_t *set);//所有比特位置1intsigaddset(sigset_t *set,int signo);//指定的比特位置1intsigdelset(sigset_t *set,int signo);//指定的比特位置0int 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，若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1

函数

sigemptyset``初始化set

所指向的信号集,使其中

所有信号

的对应bit

清零

,表示该信号集不包含 任何有效信号。
函数

sigfillset

初始化set所指向的信号集,使其中

所有信号

的对应bit

置1

,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。

注意,

在

使用sigset_ t

类型的变量

之前

,一定要

调用sigemptyset或sigfillset做初始化

,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。

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。

示例代码：

voidPrint(sigset_t s){for(int i =31;i>=1;i--){if(sigismember(&s, i)!=0)
            cout<<"1";else 
            cout<<"0";}
    cout<<endl;}intmain(){
    sigset_t s;sigemptyset(&s);//清零sigfillset(&s);//全部置1sigaddset(&s,2);//给2号bit置1sigdelset(&s,2);//给2号bit位取消置1，置为0sigismember(&s,2);//判断2号bit位是否为1   返回值为0，则表明不在Print(s);//打印pengding位图return0;}

🐸sigprocmask （操作block位图）

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)

。

#include <signal.h>

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); 

• 返回值:若成功则为0,若出错则为-1 。
• 如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出。如果set是非空指针,则 更改进程的信号屏蔽字,参数how指示如何更改。
• 如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号 屏蔽字备份到oset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽字。假设当前的信号屏蔽字为mask,下表说明了how参数的可选值。 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。

注意：

• 递达处理的时候会将pending位图中将特定的比特位清0；
• 解除了屏蔽后，是先将block位图中的该信号的比特位置0，然后再递达处理；

能否屏蔽所有的信号呢？

• 根据测试发现，9号信号SIGKILL与19号信号SIGSTOP无法屏蔽，18号信号SIGCONT会做特殊处理（18号信号屏蔽了会让20，21，22号信号解除屏蔽）。

🐟sigpending（操作pending位图）

int sigpending(sigset_t *set);

参数为输出型参数，获取当前进程的pending位图的32个比特位，获取成功返回0，失败返回-1。

示例代码：

• 测试场景： 1.屏蔽2号信号 2.获取并打印pengding位图 3.然后一会儿给目标进程发送2号信号–>不会被递达—>2号信号会在pending位图中 4.取消对2号信号的阻塞 5.获取并打印pengding位图

voidPrint(sigset_t s){for(int i =31;i>=1;i--){if(sigismember(&s, i)!=0)
            cout<<"1";else 
            cout<<"0";}
    cout<<endl;}intmain(){// 1. 屏蔽2号信号
    sigset_t block, oblock;sigemptyset(&block);sigemptyset(&oblock);sigaddset(&block,2);// SIGINT --- 没有设置进当前进程的PCB block位图中// 1.1 开始屏蔽2号信号，其实就是设置进入内核中int n =sigprocmask(SIG_SETMASK,&block,&oblock);assert(n ==0);
    std::cout <<"block 2 signal success"<< std::endl;
    std::cout <<"pid: "<<getpid()<< std::endl;int cnt =0;while(true){// 2. 获取并且打印进程的pending位图
        sigset_t pending;sigemptyset(&pending);
        n =sigpending(&pending);assert(n ==0);Print(pending);
        
        cnt++;//3.给目标进程发送2号信号// 4. 解除对2号信号的屏蔽if(cnt ==20){
            std::cout <<"解除对2号信号的屏蔽"<< std::endl;
            n =sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&block,&oblock);// 2号信号会被立即递达, 默认处理是终止进程assert(n ==0);}sleep(1);}return0;}

🐍signal系统调用（操作handler表）

函数介绍：

• 功能：将系统对于指定信号的默认处理改为自定义方式处理。
• 参数：参数一：信号名称/编号 ；参数二：自定义方法的函数指针（返回值void 参数为int）
• 返回值：返回的是老处理方法。

注意：

signal调用完后，不会立即执行handler方法，当收到指定信号的时候才会执行。

示例代码：

// 2号信号的默认处理动作是终止进程voidhandler(int sig)//signo是收到的信号的编号{
    cout <<"receive a signal: "<< sig << endl;}intmain(){signal(2, handler);//signal(SIGINT,handler);//signal(2,SIG_IGN); //忽略信号while(true){
        cout<<"i am a process,pid:"<<getpid()<<endl;sleep(1);}return0;}

测试结果：