关于信号的一些东西

最新推荐文章于 2025-04-05 23:46:25 发布

gnez-dd

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分类专栏：服务器编程文章标签： c++ linux 后端

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信号

信号的机制

进程A给进程B发送信号，进程B收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行，去处理信号，处理完毕后再继续执行。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称为“软中断”

每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的

信号的状态

产生
- 按键产生，如：Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+\
- 系统调用产生，如：kill、raise、abort
- 软件条件产生，如：定时器alarm
- 硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
- 命令产生，如：kill命令
未决
- 产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态
递达
- 递送并且到达进程

信号处理方式

执行默认动作
忽略信号(丢弃不处理)
捕捉信号(调用用户的自定义处理函数)

信号的特质

信号的实现手段导致信号有很强的延时性，但对于用户来说，时间非常短，不易察觉

Linux内核的进程控制块PCB是一个结构体，task_struct, 除了包含进程id，状态，工作目录，用户id，组id，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集

阻塞信号集和未决信号集

Linux内核的进程控制块PCB是一个结构体，这个结构体里面包含了信号相关的信息，主要有阻塞信号集和未决信号集

阻塞信号集中保存的都是被当前进程阻塞的信号。若当前进程收到的是阻塞信号集中的某些信号，这些信号需要暂时被阻塞，不予处理

信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达，这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态；若是信号从阻塞信号集中解除阻塞，则该信号会被处理，并从未决信号集中去除

信号四要素

通过man 7 signal可以查看信号相关信息

信号的编号
- 使用kill -l命令可以查看当前系统有哪些信号，不存在编号为0的信号。其中1-31号信号称之为常规信号（也叫普通信号或标准信号），34-64称之为实时信号，驱动编程与硬件相关
信号的名称
产生信号的事件
信号的默认处理动作
- Term：终止进程
- Ign：忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)
- Core：终止进程，生成Core文件。(查验死亡原因，用于gdb调试)
- Stop：停止（暂停）进程
- Cont：继续运行进程

信号相关函数

signal

//注册信号捕捉函数

typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

//signum：信号编号
//handler：信号处理函数

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

//信号处理函数
void sighandler(int signo)
{
    printf("signo==[%d]\n",signo);
}

int main()
{
    //创建管道
    int fd[2];
    int ret=pipe(fd);
    if(ret<0)
    {
        perror("pipe error");
        return -1;
    }

    //注册SIGPIPE信号处理函数
    signal(SIGPIPE,sighandler);
    //内核执行sighandler函数

    close(fd[0]);
    write(fd[1],"hello dd",strlen("hello dd"));

    return 0;
}

kill

//给指定进程发送指定信号
//kill命令：kill -SIGKILL 进程PID

int kill(pid_t pid, int sig);	

//成功：0；失败：-1，设置errno

//sig信号参数：不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致
//pid参数：
//pid > 0: 发送信号给指定的进程
//pid = 0: 发送信号给与调用kill函数进程属于同一进程组的所有进程
//pid < -1:  取|pid|发给对应进程组
//pid = -1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程

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

int main()
{
    kill(getpid(),SIGKILL);
    printf("hello dd\n");
    return 0;
}

abort和raise

//给当前进程发送指定信号(自己给自己发)	

int raise(int sig);

//成功：0，失败非0值

//给自己发送异常终止信号 6) SIGABRT，并产生core文件

void abort(void);

alarm

//设置定时器(闹钟)。在指定seconds后，内核会给当前进程发送14）SIGALRM信号。进程收到该信号，默认动作终止。每个进程都有且只有唯一的一个定时器

unsigned int alarm(unsigned int seconds); 

//返回0或剩余的秒数，无失败

//取消定时器
alarm(0);
//返回旧闹钟余下秒数

//alarm使用的是自然定时法，与进程状态无关，就绪、运行、挂起(阻塞、暂停)、终止、僵尸...无论进程处于何种状态，alarm都计时

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/wait.h>
#include<signal.h>

void sighandler(int signo)
{
    printf("signo==[%d]\n",signo);
}

int main()
{
    signal(SIGALRM,sighandler);
    //设置时钟
    int n=alarm(5);
    printf("n==[%d]\n",n);

    sleep(2);
    n = alarm(1);
    printf("n==[%d]\n",n);
    sleep(2);
    return 0;
}

setitimer

//设置定时器(闹钟)，可代替alarm函数，精度微秒us，可以实现周期定时

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value,struct itimerval *old_value);

//成功：0 失败：-1，设置errno

//which指定定时方式
//自然定时：ITIMER_REAL → 14）SIGALRM计算自然时间
//虚拟空间计时(用户空间)：ITIMER_VIRTUAL → 26）SIGVTALRM  只计算进程占用cpu的时间
//运行时计时(用户+内核)：ITIMER_PROF → 27）SIGPROF计算占用cpu及执行系统调用的时间

//new_value负责设定timeout时间
//itimerval.it_value: 设定第一次执行function所延迟的秒数 
//itimerval.it_interval: 设定以后每几秒执行function

struct itimerval { 
    struct timerval it_interval; // 闹钟触发周期
    struct timerval it_value; // 闹钟触发时间
}; 
struct timeval { 
    long tv_sec; 			// 秒
    long tv_usec; 			// 微秒
};   

//old_value： 存放旧的timeout值，一般指定为NULL

信号集

未决信号机和阻塞信号集

阻塞信号集是当前进程要阻塞的信号的集合，未决信号集是当前进程中还处于未决状态的信号的集合，这两个集合存储在内核的PCB中

当进程收到一个SIGINT信号（信号编号为2），首先这个信号会保存在未决信号集合中，此时对应的2号编号的这个位置上置为1，表示处于未决状态；在这个信号需要被处理之前首先要在阻塞信号集中的编号为2的位置上去检查该值是否为1：

如果为1，表示SIGNIT信号被当前进程阻塞了，这个信号暂时不被处理，所以未决信号集上该位置上的值保持为1，表示该信号处于未决状态
如果为0，表示SIGINT信号没有被当前进程阻塞，这个信号需要被处理，内核会对SIGINT信号进行处理（执行默认动作，忽略或者执行用户自定义的信号处理函数），并将未决信号集中编号为2的位置上将1变为0，表示该信号已经处理了，这个时间非常短暂，用户感知不到

当SIGINT信号从阻塞信号集中解除阻塞之后，该信号就会被处理

信号集相关函数

sigset_t set，set即一个信号集

#include<signal.h>

typedef __sigset_t sigset_t;

# define _SIGSET_NWORDS (1024 / (8 * sizeof (unsigned long int)))

typedef struct
{
	unsigned long int __val[_SIGSET_NWORDS];
} __sigset_t;

int sigemptyset(sigset_t *set);
//将某个信号集清0		 	
//成功：0；失败：-1，设置errno

int sigfillset(sigset_t *set);
//将某个信号集置1		  		
//成功：0；失败：-1，设置errno

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
//将某个信号加入信号集合中
//成功：0；失败：-1，设置errno
                                                                                                                      
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
//将某信号从信号清出信号集   	
//成功：0；失败：-1，设置errno

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
//判断某个信号是否在信号集中
//在：1；不在：0；出错：-1，设置errno

//sigprocmask函数
//函数说明：用来屏蔽信号、解除屏蔽也使用该函数。其本质，读取或修改进程控制块中的信号屏蔽字（阻塞信号集）
//屏蔽信号只是将信号处理延后执行(延至解除屏蔽)；而忽略表示将信号丢弃处理。

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

//成功：0；失败：-1，设置errno
//how参数取值：假设当前的信号屏蔽字为mask
//SIG_BLOCK: 当how设置为此值，set表示需要屏蔽的信号。相当于 mask = mask|set
//SIG_UNBLOCK: 当how设置为此，set表示需要解除屏蔽的信号。相当于 mask = mask & ~set
//SIG_SETMASK: 当how设置为此，set表示用于替代原始屏蔽及的新屏蔽集。相当于mask = set若，调用sigprocmask解除了对当前若干个信号的阻塞，则在sigprocmask返回前，至少将其中一个信号递达。
//set：传入参数，是一个自定义信号集合。由参数how来指示如何修改当前信号屏蔽字
//oldset：传出参数，保存旧的信号屏蔽字。

//sigpending函数
int sigpending(sigset_t *set);	   

//读取当前进程的未决信号集
//set传出参数
//成功：0；失败：-1，设置errno

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/wait.h>
#include<signal.h>
#include<sys/time.h>

//信号处理函数
void sighandler(int signo)
{
    printf("signo==[%d]\n",signo);
}

int main()
{
    //定义信号集变量
    sigset_t set;

    //初始化信号集
    sigemptyset(&set);

    //将SIGINT、SIGQUIT加入到set集合中
    sigaddset(&set,SIGINT);
    sigaddset(&set,SIGQUIT);

    //将set集合中的SIGINT、SIGQUIT信号加入到阻塞信号集中
    sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL);

    int i=0;
    sigset_t pend;
    while(1)
    {
        //获得未决信号集中信号
        sigemptyset(&pend);
        sigpending(&pend);

        for(i=1;i<32;i++)
        {
            if(sigismember(&pend,i)==1)
            {
                printf("1");
            }
            else
            {
                printf("0");
            }
        }
        printf("\n");
        sleep(1);

    }
    return 0;
}

信号捕获函数

//注册一个信号处理函数

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

//signum：捕捉的信号
//act：    传入参数，新的处理方式。
//oldact： 传出参数，旧的处理方式

struct sigaction {
       void  (*sa_handler)(int);// 信号处理函数
       void  (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理函数
       sigset_t  sa_mask; //信号处理函数执行期间需要阻塞的信号
       int      sa_flags; //通常为0，表示使用默认标识
       void     (*sa_restorer)(void);
};

//sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名(即注册函数)。也可赋值为SIG_IGN表忽略 或 SIG_DFL表执行默认动作
//sa_mask: 用来指定在信号处理函数执行期间需要被屏蔽的信号，特别是当某个信号被处理时，它自身会被自动放入进程的信号掩码，因此在信号处理函数执行期间这个信号不会再度发生。注意：仅在处理函数被调用期间屏蔽生效，是临时性设置
//sa_flags：通常设置为0，使用默认属性
//sa_restorer：已不再使用

信号处理不支持排队:

在XXX信号处理函数执行期间, XXX信号是被阻塞的, 如果该信号产生了多次, 在XXX信号处理函数结束之后, 该XXX信号只被处理一次
在XXX信号处理函数执行期间,如果阻塞了YYY信号, 若YYY信号产生了多次, 当XXX信号处理函数结束后, YYY信号只会被处理一次

内核实现信号捕捉的过程

如果信号的处理动作是用户自定义函数，在信号递达时就调用这个函数，这称为捕捉信号。由于信号处理函数的代码是在用户空间的，处理过程比较复杂，举例如下：

用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler
当前正在执行main函数，这时发生中断或异常切换到内核态
在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号SIGQUIT递达
内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行，而是执行sighandler函数，sighandler和main函数使用不同的堆栈空间，它们之间不存在调用和被调用的关系，是两个独立的控制流程
sighandler函数返回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态
如果没有新的信号要递达，这次再返回用户态就是恢复main函数的上下文继续执行了