Linux信号

• 1.信号的产生
• 2.信号的存储与执行
• 参考资料

  使用 kill -l 可查看所有的信号，其中1- 31是普通信号（对于两个以上的相同信号会丢失，因为只有一位位图保存）；34 - 64是实时信号（用链表队列形式将实时信号进行保存，可以保存多份）。

所有的信号都是由操作系统发送的，因为操作系统会考虑独立和安全

• 键盘按键输入，但是只能用来终止前台进程。

以下程序可以用来查看按键输入的信号对应的number

#include 
#include 
#include 
#include 
void handler(int signum)
{
	printf("receive signal: %dn", signum);
    exit(1);
}
int main()
{
	for (int i = 1; i <= 31; i++)
	{ 
    	signal(i, handler);
    } 
    while(1)
    { 
        printf("------------------------------n");
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

• 程序中的异常问题

  本质是程序中存在异常问题导致软件或硬件的错误，被操作系统识别后，操作系统向对应的进程发送相应的信号。
Floating point exception(8) segmentation fault(11)

  异常退出会设置退出码和退出信号，有时也会设置core dump标志位为1（不是所有情况）。

ulimit -a  # 查看core的大小，若core file size = 0，则不允许core dump。
ulimit -c 1024 # 设置core的大小，使得运行core dump
gdb main

core.1331——1331是进程的PID。

(gdb) core-file core.1331  # 使用gdb事后调试，直接查看异常的位置

程序查看异常退出码以及core dump标志位：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	int status = 0;
	if(fork() == 0)
    { 
    	while(1)
        {   
            printf("child PID:%dn",getppid());
            int *p = NULL;
            *p = 10; 
        }   
    }   
    waitpid(-1, &status, 0); 
    printf("exit code: %d , exit signal: %d , core dump : %dn", 
    	(status>>8)&0xff, status & 0x7f, (status >> 7) & 0x01);
    return 0;                                                                      
}

• 由系统函数产生

int kill(pid_t pid, int sig); 	//给进程发相应的信号
int raise(int sig); 			// 给自己发相应的信号
void abort(void);  				//SIGABRT

• 由alarm函数产生

#include 
#include 
#include 

int main()
{
	int ret = alarm(1); // 返回值为剩余的几时数
	while(1)
	{
		printf("hello worldn");
        alarm(0); // 取消闹钟
	}
	return 0;
}

  进程收到信号后不会立即处理，会将信号以位图的形式存储在进程的PCB中；当进程从内核态返回用户态的时候，进行检测并处理。
  用户的数据和代码会被加载到内存，对应的虚拟内存和物理内存的映射叫用户级页表；而操作系统的数据和代码也会被加载到内存，对应的映射关系叫系统级（内核）页表，而这个页面只有一份，所有进程共享一份操作系统的内存。进程可以通过CPU中相应的寄存器切换用户和内核的访问权限。

内核态：执行系统的代码和数据，使用内核级页表
用户态：执行用户的代码和数据，使用用户级页表

信号的处理过程分为：

• 实际执行——递达：
  • 默认动作（SIG_DFL : 0）
  • 忽略 ( SIG_IGN : 1)
  • 自定义捕捉（handler）
• 产生到递达间——未决：在信号位图中暂存
• 信号阻塞

OS可以使用系统调用接口设置位图的数据结构：sigset_t

#include 
#include 
#include 
int main()
{
    sigset_t isset, osset;
    sigset_t pending;

    //清空结构体内容
    sigemptyset(&isset);
    sigemptyset(&osset);

    //设置3号信号的屏蔽字——block位图
    sigaddset(&isset, 3);
    //设置
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &isset, &osset);

    while(1)
    {
        printf("hello worldn");
        sigemptyset(&pending);
        sigpending(&pending); // 读出pending的位图

        int count = 0;
        int i = 1;
        for(; i <= 31; i++)
        {
            if(sigismember(&pending, i))
                printf("1");
            else
                printf("0");
        }
        printf("n");
        
        count++;
        if(count == 10)
        {
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &osset, NULL);  //将旧的信号屏蔽字写回
        }
        sleep(1);                                                                          
    }
    return 0;
}

  使用ctrl + 发现无法终止该程序，原因是3号信号被屏蔽了。另外使用kill -3 + PID也无法杀死该进程，但是会使得对应的pending位图置1。过10秒后，信号屏蔽字被重新置0，进程会默认立即终止，不会再执行后面的语句。

信号执行的过程可以总结为：

  用户态进入内核态调用系统函数，从内核态返回用户态进行相应的信号检测。若无信号产生直接返回用户态，若产生信号，则执行信号的相应处理过程（默认、忽略、自定义捕捉），信号捕捉在用户态执行，执行完重新返回内核。

信号捕捉的接口函数：

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

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

struct sigaction
{
	void (*sa_handler) (int); // 捕捉函数
	...
	..
	sigset_t sa_mask; //设置进程捕捉过程中的屏蔽字
}

#include 
#include 
#include 
#include 

void handler(int signum)
{
    while(1)
    {   
        printf("signal number:%dn",signum);
        sleep(1);                                                                          
    }   
}

int main()
{
    struct sigaction act;
    memset(&act, 0, sizeof(act));
           
    //act.sa_handler = SIG_IGN; //将某一个信号设置成忽略
    //act.sa_handler = SIG_DFL; // 将某一个信号设置成默认
    act.sa_handler = handler; 
    //在执行信号自定义捕捉时，系统会设置信号屏蔽字，防止自定义捕捉被调用多次

    sigemptyset(&act.sa_mask); 
    //手动设置信号的屏蔽字,当执行3号信号捕捉时，该2号的信号被屏蔽
    sigaddset(&act.sa_mask, 2); 

    sigaction(3, &act, NULL); // 注册3号信号    
    return 0;
}

[1]: 《Computer Systems:A Programmer’s Perspective》