Linux信号

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前言

在生活中的信号，有早上的起床闹钟，过马路的红绿灯，快递的运输提示等等这些都可以称为信号，而对信号的处理也大都不相同。

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一、信号的准备

在技术应用上的信号，是怎么来的呢？
可以肯定的是，肯定是程序员编写来的，那程序员是怎么编写的，在我们生活中，我们为什么知道过马路，红灯亮时，要停下，绿灯亮时可以过呢，这是因为我们已经提前，给这个信号，做了准备，做了默认处理，在技术应用上也是这样的，提前给这些信号，做了预处理，并提示这是第几号信号。

在Linux上，我们可以输入kill -l 来获取这些信号提示，一共是62个信号，没有32,33，没有0号信号

[1:31]号新号被称为普通信号
[34:64]信号中带有RT的称为实时信号
分时操作系统和实时操作系统
实时操作系统有严格的时序，需要立马严格地处理完成。

这里我们介绍一下，几个常见的信号。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main()
{
  while(1)
  {
    cout << "我正在循环打印这段话...." << endl;
    sleep(1);    
  }
  return 0;
}

我们在键盘上按control+c的快捷键发送的信号对应是2号信号，SIGINT，进程在收到该信号时，会进行默认处理，退出进程。

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#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main()
{
  int a  = 10;
  while(1)
  {
     cout<<"我正在除零操作"<< endl;
     a/=0;
  }
  return 0;
}

CPU有一个状态寄存器，CPU在做计算时，如果溢出了，状态寄存器就会被置为1，并立刻向进程发送8号信号，Floating point exception 浮点数异常 ，SIGFPE，执行收到该信号的默认处理，退出进程。

我们也可以不进行默认操作，通过信号捕捉，进行自定义处理。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;


void Custom_processing(int signal)
{
  while(true)
  {
   cout << "我捕捉到"<<signal<<"号信号，我的自定义处理方案是一直打印这句话"<<endl;
   sleep(1); 
  } 
}
int main()
{
//通过传递函数指针，我们捕捉到相对应的信号后
//进行我们自定义的处理方式
  signal(8,Custom_processing);
  int a  = 10;
  while(1)
  {
     cout<<"我正在除零操作"<< endl;
     a/=0;
  }
  return 0;
}

这里为什么一直在打印呢，这是因为，CPU的状态寄存器，还是为1的，这个进程没有被退出，操作系统没有修复这个异常，只能通过其他信号终止进程。

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#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;


void Custom_processing(int signal)
{
  while(true)
  {
   cout << "我捕捉到"<<signal<<"号信号，我的自定义处理方案是一直打印这句话"<<endl;
   sleep(1); 
  } 
}

int main()
{
  signal(11,Custom_processing);
  int* a  = nullptr;
  *a = 10;
  return 0;
}

每一个进程都有一个独立的虚拟空间，通过页表映射到物理内存，而页表里面的MMU就是用来检查是否越界的，如果我们越界了，他会向进程的PCB发送信号11，如果我们的进程没有被退出，则信号一直存在。

操作系统还有一个更为方便我们检查出错原因的方法，这里要另外介绍一下，信号的另外一重含义，输入man 7 signal,对于一些信号，操作系统默认的处理是退出进程，而对于有一些信号，会在退出进程的同时，记录出错的上下文，并保存在当前路径下，文件名为core.pid，这个文件是可以用gdb用来调试。

如果你用的是云服务器，一般是不会开启这个功能的，需要输入 ulimit -a 指令

核心转储默认为零的，可以输入ulimit -c
加大小，就可以开启核心转储，默认编译是release模式，如果要进行debug模式编译的话，需要在makefile编译后面加-g，这时编译出来的文件，才支持gdb调试。

我们在进入gdb调试后，再次输入 core-file +core文件，这里再进行运行调试gdb会自动定位到产生异常的位置。

核心转储文件往往比较大，一般服务器是关闭了这个功能的。

二、信号的保存

信号的概念

1. 实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery)。
2. 信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。
3. 进程可以选择阻塞 (Block )某个信号（即屏蔽某个信号）。
4. 被阻塞(屏蔽)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(屏蔽),才执行递达的动作。
5. 注意阻塞(屏蔽)和默认执行的是不同的，只要信号被阻塞(屏蔽)就不会递达，而默认执行是递达之后可选的一种处理方法。

操作系统在收到信号时的默认处理方法，保存在handler表里

三、信号的处理

操作系统提供了sigset_t 类型来帮助我们更好的，控制pending和block两个位图表。

这些是操作系统提供给我们的函数接口

#include <signal.h>//头文件
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);

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，初始化该位图。
2. sigfillset用来将参数set信号集初始化，然后把所有的信号加入到此信号集里即将所有的信号标志位置为1，屏蔽所有的信号。
3. sigismember是用来判断，某个信号是否被置1，如果为1则返回1，为零则返回零
4. sigaddset是用来增加某个信号，可以用来增加屏蔽信号
5. sigdelset是用来删除某个信号，可以用来删除屏蔽信号

sigprocmask

通过我们设置好的block位图表去更改操作系统里面默认的block位图表，也可以用来读取。

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); 
//若操作成功返回0 ，否则返回-1 
//how和set都是输入型参数，oset为输出型参数

1. 如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽位图通过oset参数传出。

2. 如果set是非空指针,则更改进程的信号屏蔽位图,参数how指示如何更改。

3. 如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号屏蔽位图备份到oset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽位图。

假设当前的信号屏蔽字为mask,下表说明了how参数的可选值

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SIG_BLOCK set包含了我们希望添加到当前屏蔽位图的信号，相当于mask=mask｜set

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SIG_UNBLOCK set包含了我们希望从当前屏蔽位图解除的信号，相当于mask=mask&(～set)

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SIG_SETMASK 设置当前信号屏蔽字为set的值，即mask=set

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sigpending

读取当前进程的信号集。

下面我们编写一段代码模拟一下

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

void show_block(sigset_t* set)
{
  cout << "我是屏蔽位图表：";
  for(int signal = 1;signal<32;++signal)
  {
  //判断0-31号信号是否有被屏蔽的情况
    if(sigismember(set,signal))
    {
      cout <<"1"<<" ";
    }
    else
    {
      cout << "0"<<" ";
    }
  }
  cout << endl;
}

void show_pending(sigset_t* set)
{
  cout << "我是信号位图表：";
  for(int signal = 1;signal<32;++signal)
  {
  //判断是否有收到0-31号信号
    if(sigismember(set,signal))
    {
      cout <<"1"<<" ";
    }
    else
    {
      cout << "0"<<" ";
    }
  }
  cout << endl;
}

  int main()
{
  sigset_t set;
  sigset_t oset;
  
  sigset_t pending;
  //先初始化两个表
  sigemptyset(&set);
  sigemptyset(&oset);
  //把2号信号添加到屏蔽位图里
  sigaddset(&set,2);
  //把我们的信号屏蔽位图表，添加到进程中的屏蔽位图表
  sigprocmask(SIG_SETMASK,&set,&oset);

  show_block(&set);
  while(1)
  {
  //获取当前进程的信号集，即当前收到的信号
    sigpending(&pending);
    show_pending(&pending);
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

pending位图表示是否收到信号
运行可执行程序后，刚开始因为没有信号，所以pending表都是0，在使用2号信号想要干掉进程时，由于2号信号被阻塞， 无法终止进程 并且pending表中对应的2号信号的比特位出现1
只能通过其他信号终止该进程了，需要注意的是，即使我们把32个信号都屏蔽了，也还是有一个信号我们是无法屏蔽的，就是9号信号。