Linux进程信号(1)

信号(1)

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信号的基本概念

信号可以解释为：经商定作为采取一致行动的时刻的暗号。
通常我们在shell下运行一个前台程序，我们可以使用组合键ctrl + c来结束这个程序。而组合键ctrl + c就是向进程发送了一个信号，进程接收到信号采用对应的动作来处理信号，进而结束掉这个程序。

查看信号

   kill -l

每个信号都有一个编号和一个宏定义名称,这些宏定义可以在signal.h中找到,例如其中有#define SIGINT 2。 编号34以上的是实时信号，这些信号各自在什么条件下产生,默认的处理动作是什么,在signal(7)中都有详细说明: man 7 signal

信号处理常见方式

• 忽略
• 执行默认动作
• 提供一个信号处理函数,要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数,这种方式称为捕捉(Catch)一个信号。

产生信号的方式

• 通过终端按键产生信号
  ctrl + c产生SIGINT信号的默认处理动作是终止进程,ctrl+\ 产生SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且Core Dump。
  

  Core Dump
  首先解释什么是Core Dump。当一个进程要异常终止时,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,这叫做Core Dump。进程异常终止通常是因为有Bug,比如非法内存访问导致段错误,事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因,这叫做Post-mortem
  Debug（事后调试）。一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit(这个信息保存 在PCB中)。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等敏感信息,不安全。在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制,允许产生core文件。 首先用ulimit命令改变Shell进程的Resource Limit,允许core文件最大为1024K: $ ulimit -c 1024

写下面一段程序运行之, 并使用组合键ctrl + \产生core dump;

#include <stdio.h>
int main()
{
    while(1)
    {   
       sleep(1);
       printf("nice!\n");
    }   
    return 0;
}

• 调用系统函数向进程发信号
  运行上面的程序，使用kill命令发信号。
  
  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)。

include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int signo);
int raise(int signo); //这两个函数都是成功返回0,错误返回-1。
include <stdlib.h>
void abort(void); //就像exit函数一样,abort函数总是会成功的,所以没有返回值。abort函数使当前进程接收到信号而异常终止。

• 由软件条件产生信号

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
//调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动作是终止当前进程。

这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。打个比方,某人要小睡一觉,设定闹钟为30分钟之后响,20分钟后被人吵醒了,还想多睡一会儿,于是重新设定闹钟为15分钟之后响,“以前设定的闹钟时间还余下的时间”就是10分钟。如果seconds值为0,表示取消以前设定的闹钟,函数的返回值仍然是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。

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

int main()
{
    alarm(1);
    int count = 0;
    while(1)
    {   
       ++count;
       printf("count = %d\n", count);
    }   
    return 0;
}

阻塞信号

• 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。
• 信号在内核的表示示意图
  

每个信号都有两个标志位分别是阻塞(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。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,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。 SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。
POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。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。
- 信号量集
从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不管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,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。
- 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>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember（const sigset_t *set, int signo);

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); //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。
//  how
// SIG_BLOCK      该进程新的信号屏蔽字是其当前信号屏蔽字和set指向信号集的并集。set包含了我们希望阻塞的附加信号
// SIG_UNBLOCK    该进程新的信号屏蔽字是其当前信号屏蔽字和set所指向信号集补集的交集。set包含了我希望解除阻塞的信号
// SIG_SETMASK    该进程新的信号屏蔽字将被set指向的信号集的值代替
int sigpending(sigset_t *set); //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。

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置位,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。
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)。返回值:若成功则为0,若出错则为-1

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

void printfsig(sigset_t* s)
{
    int i = 1;
    for(;i <= 31; ++i)
    {
       if(sigismember(s, i))
       {
          printf("1");
       }
       else
       {

          printf("0");
       }
    }
    printf("\n");
}

int main()
{
    sigset_t p, b;  //定义信号量集
    printfsig(&p);   //使用函数打印
    printfsig(&b);
    sigemptyset(&b); //初始化为0
    printfsig(&p);
    printfsig(&b);
    sigaddset(&b, 2);  //添加2号信号
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &b, NULL);  //阻塞2号信号
    sleep(2);
    int i = 0;
    while(1)
    {
       sigpending(&p);   //获取pending表
       printfsig(&p);
       printf("\n");
       sleep(1);
       i++;
       if(i == 3)
       sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &b, NULL); //解除对2号信号的阻塞


    }
    return 0;
}

信号(2)