进程信号

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信号是什么？
信号阻塞：
函数的可重入与不可重入

在进程控制中有一个“信号量”的东西，它是内核中的一个计数器，用于实现进程间的同步与互斥，而本篇的“信号”和这个“信号量”并不是同一个东东。

信号是什么？

信号是一个软件中断。

作用：

操作系统通过信号告诉进程发生了某个事件，打断进程当前的操作，去处理这个时间。举个栗子，当我们正在上课的时候，听到了下课铃声，我们就下课了就去玩了，这个下课铃声就是一个信号。

一个信号对应一个事件，并且我们能够识别这个信号。
操作系统中的信号同样如此：通过 kill -l命令查看系统中的信号种类 – 62种。
在这里插入图片描述

1 – 31号信号：从Unix借鉴而来的，没个信号都有具体对应的系统事件。（非可靠信号 — 有可能会信号丢失 – 事件丢失）
34 – 64号信号：后期扩充的，因为没有具体对应的事件，因此命名比较草率。

信号的生命周期：产生->在进程中注册->在进程中注销->处理。（可靠信号 — 不会丢失信号）

信号的产生

硬件：Ctrl + C / Ctrl + Z / Ctrl + |
软件：kill -signum pid 命令（signum是信号值，pid是进程ID），kill 默认发送15号信号，kill(int pid,int signum) 给指定进程发送指定信号，raise(int signum) 给自身进程发送指定信号，abort() 给自己发送SIGABRT信号，通常用与异常通知，alarm(int seconds)几秒钟之后发送SIGALARM信号 – 通常称作定时器。

kill 杀死一个进程的原理就是，向进程发送一个信号，信号有对应的事件，进程放下手头工作去处理这个事件，然而事件的处理结果就是让进程退出

信号的注册

信号在进程中注册：如何让进程知道自己收到了某个信号？在pcb中有个结构体 struct sigpending，这个结构体中的结构体 struct sigset_t这个结构体中只有一个数组成员，这个数组用来实现一个位图 — 称之为未决信号集合 – 收到了但是没有处理的信号集合，给进程发送一个信号，就会在这个位图中对应位置置 1，表示进程当前收到了这个信号，但是位图只有 0 / 1，也就是只能表示是否收到了这个信号，但是无法表示收到了多少个这样的信号，信号的注册其实不仅会修改位图，还会为信号组织一个sigqueue节点添加到pcb的sigqueue链表中。

上边说 1 – 31号信号是非可靠信号，34 – 64号信号是可靠信号就是因为：
1 – 31号信号若信号注册的时候位图为 0，则会创建一个sigqueue节点并修改位图为1，但是若位图为 1，则什么都不做。
34 – 64号信号注册的时候不管位图是否为 0，都会创建一个节点，添加到链表中，并修改位图

信号的注销

为了保证一个信号只会被处理一次，因此是先注销再处理 – 在pcb中删除当前信号信息，将pending位图置 0，删除信号节点

非可靠信号注销：因为非可靠信号只会有一个节点，因此删除节点后，位图直接置 0.

可靠信号注销：因为可靠信号有可能注册多次，有多个节点，因此删除节点后，需要判断是否还有相同节点，若没有才会将位图置 0.

信号的处理

默认处理方式：操作系统中原定义好的每个信号的处理方式
忽略处理方式：处理方式就是忽略，什么都不做
自定义处理方式：自己定义一个事件函数，使用这个函数替换内核中默认的处理函数，信号到来就会调用我们自己定义的函数了

自定义处理方式：
使用函数 sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);
signum就是要自定义处理的信号
handler ：SIG_DFL – 默认处理方式 / SIG_IGN – 忽略处理方式 / 用户自己定义一个没有返回值，有一个int 型参数的函数地址。

信号阻塞：

步骤：

将一些信号的处理函数自定义
将所有的信号都阻塞
解除阻塞之前，给进程发送信号
解除阻塞，查看信号的处理过程

并不是不接受信号。信号依然可以注册，只是表示哪些信号暂时不处理

在pending和handler中间还有一个阻塞信号集合 – block，当pending收到信号在block中是阻塞的就不去回调handler，如果没有阻塞，咋就去调用handler执行相关操作，这个过程中，信号依然可以在pending中注册。

在内核中的表示

在这里插入图片描述

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(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。

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?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

如何阻塞一个信号

int sigprocmask(int how , sigset_t *set,sigset_t *old)
how :
SIG_BLOCK — 将set集合中的信号添加到内核中的block阻塞信号集合中，使用old保存原来的阻塞信息便于还原 — 阻塞set集合中的信号
SIG_UNBLOCK — 将set集合中的信号从内核中的block阻塞信号集合中移除 – 对set集合中的信号解除阻塞
SIG_SETMASK — 将内核中的block阻塞信号集合内容设置为set集合中的信息 — 阻塞set集合中的信号

int sigemptyset(sigset_t *set) 清空set集合 – 使用一个变量的时候初始化过程
int sigaddset(sigset_t *set,int signum) 向set集合中添加指定信号
int sigfillset(sigset_t *set) 将所有信号添加到set集合中
int sigdelset(sigset_t *set,int signum) 从set集合中移除指定的信号
int sigismember(const sigset_t *set,int signum) 判断指定信号是否在set集合中

在所有的信号中，有两个信号比较特殊：SIGKILL -9 / SIGSTOP -19，这两个信号不可被阻塞，不可被忽略，不可被自定义、

信号阻塞的应用

实例：

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

void wait_child() {
	printf("child return\n");
	while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) == 0);
}

int main() {
	pid_t pid = fork();
	// 子进程3秒后退出
	if(pid == 0) {
		sleep(3);
		exit(0);
	}
	//接受到子进程退出的信号，进行 waitpid 处理
	signal(SIGCHLD, wait_child);

	while(1);
	return 0;
}

僵尸进程中信号的应用：子进程退出后会向父进程发送SIGCHLD信号通知父进程，子进程状态改变，但是因为SIGCHLD信号，默认的处理方式是忽略，因此之前的程序中若不进行进程等待则不知道子进程的退出，如果要进行进程等待，而且不让父进程阻塞，就可以自定义SIGCHLD信号的处理方式，在自定义回调函数中调用waipid，处理僵尸进程，父进程就不用了一直等待。但是SIGCHLD信号是一个非可靠信号，如果多个子进程同时退出，有可能造成信号丢失。

关键字 volatile： 用于修饰一个变量，保持变量的内存可见性（CPU在处理的时候每次都从新从内存获取数据）防止编译器过度优化
CPU处理一个数据的时从内存中将数据加载到寄存器上进行处理
gcc编译器，在编译程序的时候，如果使用了代码优化 -Oleve 选项，发现某个变量使用频率相当高，为了提高效率，则直接将变量的值设置为某个寄存器的值，以后访问的时候直接从寄存器访问，则减少了内存访问的过程，提高了效率。
但是这种优化有时会造成代码的逻辑混乱，因此使用volatile关键字修饰变量，让cpu无论如何每次都重新到内存中获取数据。
示例程序：

int a = 1;
void sigcb() {
	a = 0;
	printf("a = %d",a);
}
int main() {
	signal(SIGINT,sigcb);
	while(a) {
	}
	printf("exit a = %d\n",a);
	return 0;
}

正常情况下，按一下Ctrl+C，程序会停止，a = 0，但是如果程序优化之后，就不会退出。

函数的可重入与不可重入

函数的重入：在多个执行流程中，同时进入一个函数运行。

函数的可重入：指的是函数重入之后，不会造成数据二义或者逻辑混乱

函数的不可重入：指的是函数重入之后，有可能造成数据二义或者逻辑混乱

函数是否可重入的判断基准：这个函数中是否对全局变量进行了非原子操作，若有，则不可重入。

操作的原子性：操作以此完成，中间不会被打断。

以后我们实现函数的时候，或者使用别人的函数的时候，最好能够考虑一下是否可重入的问题，防止使用的时候出现问题
理解代码：

int a = 1,b = 1;
int test() {
	a++;
	sleep(2);
	b++;
	return a+b;
}
void sigcb(int no) {
	printf("signal sum:%d\n",test());
}
int main() {
	signal(SIGINT,sigcb);
	printf("main sum:%d\n",test());
	return 0;
}

正常执行流程结果是 6，但是如果执行中按下Ctrl+C，就会打印出 signal sum = 5，main sum = 6，因为主控流程中 a++完等于 2了，然后sleep的时候，按了下ctrl+c，进入了信号流程，信号流程直接进入test得到的a = 2了，再a++，b++结果a+b就等于5了，但是主控流程还是6，这就造成了数据二义，这就是一个函数的重入。