Linux系统编程之信号

一、信号概念

        信号就是软件中断。每当程序收到一个信号，都需要按指定的方法去处理。以下是UNIX系统的信号表。

         其中core表示产生一个复制了该进程内存映像的core文件，它保存了程序现场，可以使用gdb来调试。

二、signal()

        signal()函数用于改变某个信号的响应方法。

         第一个参数是信号的编号，有一组宏定义可以使用。第二个参数是函数指针，要么是SIG_IGN(忽略信号)或SIG_DFL(默认方式)，要么是自己定义的一个处理函数的地址。

        返回值是调用signal()之前的处理函数的指针。注意这里man手册中sighandler_t的typedef并没有在标准C中定义，这里只是方便阅读而加上的，所以如果要接受它的返回值，要么用void (*func)(int)，要么自己typedef.

        还需注意的是：除了SIG_IGN外，其他的信号处理都会打断阻塞的系统调用。例如当在执行sleep的时候收到一个信号，sleep会提前结束，并且errno会被设置为EINTR。

三、可重入函数

        该概念一般用于多任务环境中，一个可重入的函数简单来说就是可以被中断的函数，也就是说，可以在这个函数执行的任何时刻中断它，转入 OS 调度下去执行另外一段代码，而返回控制时不会出现什么错误；而不可重入的函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区，中断向量表等，所以它如果被中断的话，可能会出现问题，这类函数是不能运行在多任务环境下的。在linux中部分库函数被提供了以“_r”结尾的可重入版本。

满足下列条件的函数多数是不可重入的：

• 函数体内使用了静态（static）的数据结构；
• 函数体内调用了 malloc() 或者 free() 函数；
• 函数体内调用了标准 I/O 函数; 

四、信号的响应过程

        内核为每个进程都维护了两个位图:mask位图和pending位图。

mask ：用来表示当前信号是否被屏蔽，1表示未屏蔽，0表示屏蔽，初始值一般全为1.
pending： 用来记录当前进程收到哪些信号，1表示收到对应信号，0表示未收到，初始值一般全为0.

        当有信号来时，对应的pending位置为1，程序被内核的中断机制打断，保存当前的执行现场，进入到内核态排队。当从内核态回到用户态时会将mask位图 &(按位与) 上pending位图来判断有哪些信号，执行对应的信号处理函数，此时对应的mask位和pending位均置为0，当执行完信号处理函数后，将对应的mask位置为1。

        注意：程序从接收到信号到响应信号会有一个不可避免的延迟，只有程序从内核态切换到用户态的时候，才会比较 mask位图 和 pending位图。且标准信号的响应没有严格的顺序。

思考：

1.如何忽略掉一个信号？

   答:将masks置为0.

2.标准信号为什么要丢失？

  答:pending无论收到多少个信号都是置为1，无法计数。

五、kill(),raise(),alarm(),pause()

1.kill()

        kill()函数用于向其他进程或进程组发送信号。

         pid参数不同取值有不同意义：

1. 正整数：如果pid是一个正整数，那么kill()函数将会向该进程ID对应的进程发送指定的信号。

2. 0：如果pid为0，kill()函数将会向与调用进程（当前进程）属于同一进程组的所有进程发送信号。

3. -1：如果pid为-1，kill()函数将会向所有有权限发送信号的进程（除了init进程）发送信号。init进程是所有进程的祖先，因此除了init进程之外的所有进程都可以收到该信号。

4. 负整数：如果pid是一个负整数，kill()函数将会向进程组ID等于-pid的进程组发送信号。这里的-pid表示将pid取反，得到一个负整数值，表示对应的进程组ID。

   返回值：成功返回0，否则返回-1，并设置对应errno.

2.raise()

        raise()函数用于给当前进程发送信号。

         在单线程程序中相当于kill(getpid(),sig); 在多线程程序中相当于pthread_kill(pthread_self(),sig);

3.alarm()

        alarm()函数会在调用的seconds秒后给当前进程发送一个SIGALRM信号，该信号默认处理方式一般为终止。

         如果多次调用alarm()，会以最后一个为准，并且前一个alarm剩余的时间会作为后一个alarm()的返回值。

        当seconds为0时不会产生alarm，通常用来取消之前的alarm.

4.pause()

        pause()函数会暂停当前线程直到收到一个信号。

         在一些操作系统中sleep()就是用alarm()+pause()实现的。

六、信号集及相关函数

        sigemptyset()用于将信号集置空，sigfillset()用于将信号集填满(包含所有信号)，sigaddset()用于向信号集添加指定信号，sigismember()用于查看信号集中是否有某个信号。

        所有函数操作的都是sigset_t类型。

 返回值：

七、sigprocmask()

        sigprocmask()用于修改当前线程的信号屏蔽字。

        how参数有对应的三个宏，SIG_BLOCK表示将set参数中的信号加入到当前阻塞信号集中(即两者取并集)，SIG_UNBLOCK表示将set参数中的信号从阻塞信号集中移除，SIG_SETMASK表示将阻塞信号集设为set.

        oldset如果非空会保存修改之前的阻塞信号集。

八、sigaction

        sigaction()是一个功能更多的替代signal()的函数。这里简单讲解一下他在信号处理期间屏蔽其他信号的用法。

        第一个参数是要操作的信号，第二个参数是一个结构体，该结构体可设置信号处理函数(sa_handler和sa_sigaction二选一)以及信号处理期间要屏蔽的信号(sa_mask)，第三个参数用于保存修改前的sigaction结构体。

        以下是使用示例，该例子中将三个信号设为同一个处理函数，并且为了避免在响应其中一个信号期间重复响应另外两个信号，使用sa_mask将其他信号屏蔽。