🖊产生信号

1 通过终端按键生产信号。如Ctrl+C，

2 调用系统函数向进程发信号。

kill函数，在命名解释行上

klii 选项 进程id

（不演示，我们通过代码模拟kill命令）

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);
参数：pid：进程的id；sig：要发送信号
返回值：成功返回0，错误返回-1

代码实现：

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

void Uasge(char* proc){
  printf("Uasge:%s signo pid\n",*proc);
}
//argc 命令行上的效字符串的个数
//argv 数组中存放命令行上的字符串，在下面实现kill中，argv[0]是./aout argv[1] (信号) argv[2] 进程pid
int main(int argc,char*argv[])
{
  if(argc!=3){
    Uasge(argv[0]);
    return 1;
  }
  //解释字符串
  pid_t pid=atoi(argv[2]);
  int signo=atoi(argv[1]);

  kill(pid,signo);
  return 0;
}

先写个死循环运行起来，用我们实现的kill进程来终止那个死循环进程

raise函数：向调用进程或线程发送一个信号。

#include<signal.h>
原型：int raise（int sig）

代码演示：

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

void handsignal(int sig)
{
  printf("catah a sig:%d\n",sig);
}
int main()
{
  int sig=2;
  signal(sig,handsignal);
  while(1){
  	//每隔一秒给自己发送2号信号
    raise(2);
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

abort函数：使当前进程接收到信号而异常终止。（自己给自己发送6号信号：SIGABRT）

#include <stdlib.h>
void abort(void);
就像exit函数一样,abort函数总是会成功的,所以没有返回值。

3.由软件条件产生信号

通过软件条件生产信号：如管道、闹钟等特定方式给进程发送信号。

alarm函数：调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动作是终止当前进程。

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
  alarm(2);
  while(1){   
    printf("----------\n");
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

4.硬件条件产生的信号

这里不是真的是什么硬件产生信号，而是通过除0错误或野指针等产生的错误所产生的信号。

例如当前进程执行了除以0的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释 为SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非法内存地址,MMU会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。

🖊阻塞信号

信号其他相关常见概念

• 实际执行信号的处理动作称之为信号的递达（Delivery）
• 信号从产生到递达之间的状态称之为信号未决（Pending）
• 进程可以选择阻塞（Block）某个信号
• 被阻塞的信号生产时将保持未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才能执行递达动作
• 注意，阻塞和忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会递达，而忽略是在递达之后的一种处理动作

在内核中的表示

我们已经知道了信号保存是通过位图来完成的，在内核中该位图的名字叫Pending。

那么信号阻塞是通过什么来完成的呢？

信号的阻塞也是通过位图来完成的，该位图的名字叫block。当该位图中的bit位置成了1就表示该信号被阻塞，无法执行递达动作。位图中bit位的位置表示的是几号信号。

我们处理信号有三种方式，分别是：默认方式，自定义方式，忽略方式。每个信号都要一个函数指针来处理该信号。



进程在创建的时候，操作系统为了组织管理这些进程会给每个进程创建PCB（进程控制块），而操作系统可以通过PCB找到两个张位图，其中两张位图分别来记录该进程对信号的阻塞和收到的信号。

也就是说，每个信号都要两个标志位分别标识阻塞（block）和未决(pending)。

信号产生时，操作系统通过PCB找到pending位图，对该位图上相应信号对应的比特位上置成1（未决标志），直到这个信号被递达了，该位置才会置成0（清除未决标志）。

如果，该信号已经在block位图上对应的位置置成了1（阻塞），那么当该进程收到该信号的时候就一种处于未决状态，直到解除该信号的阻塞，且该信号被抵达之后才会清除该信号的未决状态。

每个信号有两个标志位以外还有一个函数指针处理动作。上图中，SIGQUIT信号的处理动作是自定义方式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?


<答>

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。本章不讨论实时信号。

总结：

1、信号的阻塞和保存信号都是通过位图是完成的。

2、每个信号对应两张位图以外还有一个函数指针来处理动作

3、信号在被阻塞的情况下，不能被抵达

sigset_t

从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为

信号集

,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在

阻塞信号集

中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在

未决信号集

中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。 阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。

信号集的操作函数

sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_ t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的。

#include<signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *ste); 初始化给定的信号集，所以信号都会从该集排除

int sigfillset(sigset_t *set);初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位1,表示该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。

int sigaddset (sigset_t *set, int signo);从信号集中添加信号

int sigdelset(sigset_t *set, int signo);从信号集中删除信号

int sigismember（const sigset_t *set, int signum); 测试signum是否是集合的成员

返回值：这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。

sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种 信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。

代码查看sigemptyset和sigfillset和sigismember的效果

#include<stdio.h>
#include<signal.h>

void printsignal(sigset_t* set)
{
  int i=1;
  for(;i<32;i++){
    if(sigismember(set,i)){
      printf("1 ");
    }
    else{
      printf("0 ");
    }
  }
  printf("\n");
}
int main()
{
  sigset_t set;
  sigemptyset(&set);
  printsignal(&set);
  printf("--------\n");
  sigfillset(&set);
  printsignal(&set);
  return 0;
}

效果演示：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
--------
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 

sigprocmask函数

调用该函数可以读取或更改进程信号的屏蔽字（阻塞信号集）。

#include<signal.h>

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

返回值：成功返回0，出错返回-1。

参数：

how：SIG_BLOCK、SIG_UNBLOCK、SIG_SETMASK

set：信号集指针

oset：读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出

如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出。如果set是非空指针,则 更改进程的信号屏蔽字,参数how指示如何更改。如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号 屏蔽字备份到oset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽字。

huw参数的可选值：

如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达。

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void printsignal(sigset_t* set)
{
  int i=1;
  for(;i<32;i++){
    if(sigismember(set,i)){
      printf("1 ");
    }
    else{
      printf("0 ");
    }
  }
  printf("\n");
}

int main()
{
  sigset_t set,oset;
  sigemptyset(&set);
  sigemptyset(&oset);
  sigaddset(&set,2);
  //阻塞2号信号
  sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oset);
  int count=10;
  while(1){
    sleep(1);
    printf("**********\n");
    count--;
    if(count==0){
      printsignal(&oset);
      printf("\n");
      //解除对2号信号的阻塞
      sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&set,&oset);
      printsignal(&oset);
    }
  }
  return 0;
}

sigpending

读取当前进程的未决信号集

#include<signal.h>

int sigpending(sigset_t *set);读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。

返回值：调用成功返回0，出错返回-1。

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void printsignal(sigset_t* set)
{
  int i=1;
  for(;i<32;i++){
    if(sigismember(set,i)){
      printf("1 ");
    }
    else{
      printf("0 ");
    }
  }
  printf("\n");
}

int main()
{
  sigset_t set,oset;
  sigemptyset(&set);
  sigemptyset(&oset);
  sigaddset(&set,2);
  sigaddset(&set,3);
  sigaddset(&set,4);
  sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL);
  int count=10;
  while(1){
    sleep(2);
    printf("----->pid:%d<-----\n",getpid());
    count--;
    if(count==0){
      sigpending(&oset);
      printsignal(&oset);
      return 1;
    }
  }
  return 0;
}

🖊捕捉信号

内核如何实现信号的捕捉

我们在系统调用的时候（如，singpending函数）会从用户态切换到内核态，在内核态中执行os的接口。信号的捕捉也是如此。

在进程地址空间中，有一块虚拟空间叫做内核空间，该空间会通过

内核页表

（用来维护内核空间和操作系统）映射到内存中。

每一个进程的在用户态看到的数据和代码都完全不同，但是在内核空间中看到的数据和代码（OS）是一样的。这也就是为什么OS可以管理进程，在进程收到信号或者进程的时间片到了和系统调用……该进程都会切换的内核态来完成相关的操作。



在收到信号的时候，进程不会立即去处理这个信号，而是在内核态中先查看pending表中有那些未决信号，然后处理该信号。

处理该信号的方式有三种：默认、忽略、自定义。默认和忽略在切换到内核态的时候就可以处理，但自定义方式又会从内核态切换到用户态执行自定义方式的代码……我们用图来表示该过程。



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。

sigaction

#include<signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
参数：signum：捕捉信号
struct sigaction是一个结构体
struct sigaction {
           void     (*sa_handler)(int);
           void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
           sigset_t   sa_mask;
           int        sa_flags;
           void     (*sa_restorer)(void);
       };
       其中sa_handler自定义捕捉的方式
       sa_sigaction处理实时信号
       sa_flags设置选项，一般设置为0
       sa_restorer一般设置为NULL
       成功返回0，错误返回-1
其中sa_mask，表示当处理信号的函数运行时，当收到其他信号，收到的信号会被屏蔽，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。

sa_flags的选项有SA_RESEHAND、SA_RESTART、AS_NODEFER。
SA_RESEHAND：当调用信号处理函数时，该信号的处理函数重置为缺省值SIG_DFL
SA_RESTART：如果信号中断了该进程的某个系统调用，则系统自动重启该系统调用
AS_NODEFER：一般情况下，当信号处理函数运行时，内核将阻塞该信号。但是设置了AS_NODEFER，信号处理函数运行时，不会阻塞该信号

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
struct sigaction act,oact;
void sighandler(int signum)
{
  printf("catch a sig;%d\n",signum);
  //用原来的方式捕捉2号信号
  sigaction(SIGINT,&oact,NULL);
}
int main()
{
  memset(&act,0,sizeof(act));
  memset(&oact,0,sizeof(oact));
  
  act.sa_handler=sighandler;
  act.sa_flags=0;
  sigemptyset(&act.sa_mask);

  sigaction(SIGINT,&act,&oact);
  while(1){
    sleep(1);
    printf("----->pid:%d<-----\n",getpid());
  }
  return 0;
}

• sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作。调用成功则返回0,出错则返回- 1。signo
  
  是指定信号的编号。若act指针非空,则根据act修改该信号的处理动作。若oact指针非 空,则通过oact传
  
  出该信号原来的处理动作。act和oact指向sigaction结构体:
• 将sa_handler赋值为常数SIG_IGN传给sigaction表示忽略信号,赋值为常数SIG_DFL表示执行系统默认动
  
  作,赋值为一个函数指针表示用自定义函数捕捉信号,或者说向内核注册了一个信号处理函 数,该函数返回
  
  值为void,可以带一个int参数,通过参数可以得知当前信号的编号,这样就可以用同一个函数处理多种信
  
  号。显然,这也是一个回调函数,不是被main函数调用,而是被系统所调用。

可重入函数

• main函数调用insert函数向一个链表head中插入节点node1,插入操作分为两步,刚做完第一步的 时候,因为硬件中断使进程切换到内核,再次回用户态之前检查到有信号待处理,于是切换 到sighandler函数,sighandler也调用insert函数向同一个链表head中插入节点node2,插入操作的 两步都做完之后从sighandler返回内核态,再次回到用户态就从main函数调用的insert函数中继续 往下执行,先前做第一步之后被打断,现在继续做完第二步。结果是,main函数和sighandler先后 向链表中插入两个节点,而最后只有一个节点真正插入链表中了。
• 像上例这样,insert函数被不同的控制流程调用,有可能在第一次调用还没返回时就再次进入该函数,这称为重入,insert函数访问一个全局链表,有可能因为重入而造成错乱,像这样的函数称为
  
  不可重入函数
  
  ,反之,如果一个函数只访问自己的局部变量或参数,则称为
  
  可重入(Reentrant) 函数
  
  。想一下,为什么两个不同的控制流程调用同一个函数,访问它的同一个局部变量或参数就不会造成错乱?

答：在线程之中，线程虽然强调资源共享，但是他们的栈却是独有的，所以访问它的同一个局部变量或参数就不会造成错乱。

如果一个函数符合以下条件之一则是不可重入的:

• 调用了malloc或free,因为malloc也是用全局链表来管理堆的。
• 调用了标准I/O库函数。标准I/O库很多实现都是不可重入的方式使用全局数据结构。

volatile关键字

编写一段代码，在捕捉到2号信号的时候，执行自定义方式处理，全局变量flag被重新赋值为1。while条件不满足，退出循环，进程退出。

#include<stdio.h>
#include<signal.h>

int flag=0;
void sighandler(int signum)
{
  printf("catch a sig:%d\n",signum);
  flag=1;
}
int main()
{
  signal(2,sighandler);

  while(!flag);
  printf("process quit normal\n");
  return 0;
}

在优化情况下，键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉，执行自定义动作，修改 flag＝1 ，但是 while 条件依旧满足,进程继续运行！但是很明显flag肯定已经被修改了，但是循环依旧执行。



因为，在优化的情况下，flag放在寄存器中，while循环检查的时候直接去寄存器中查看flag，但是在更新flag的时候，只是在内存中更新了，寄存器并没有更新，这就存在了数据的二异性问题。while检测flag其实已经因为优化，被放在了寄存器当中。

我们只要在flag前加上volatile关键字就能解决。这样被voaltile修饰的变量不允许优化，对变量的任何操作必须在真实的内存中进行操作。

#include<stdio.h>
#include<signal.h>

volatile int flag=0;
void sighandler(int signum)
{
  printf("catch a sig:%d\n",signum);
  flag=1;
}

int main()
{
  signal(2,sighandler);

  while(!flag);
  printf("process quit normal\n");
  return 0;
}

• volatile 作用：保持内存的可见性，告知编译器，被该关键字修饰的变量，不允许被优化，对该变量的任何操作，都必须在真实的内存中进行操作

SIGCHLD信号

在我们初学进程的时候，解决僵尸进程的方式是，一、父进程阻塞式等待子进程退出。二、不阻塞式等待，父进程接着执行自己的任务，但是要时不时的检查是否有子进程退出，代码实现复杂。

其实，在子进程退出的时候会给父进程发送SIGCHLD信号，但是父进程对该信号默认处理动作是忽略，所以，父进程可以采用自定义方式来处理SIGHLD信号。

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

void aighandler(int signum)
{
  printf("catch a sig:%d\n",signum);
  pid_t id;
  while((id=waitpid(-1,NULL,WNOHANG))>0){
    printf("wait child success:%d---\n",id);
  }
}

int main()
{
  signal(SIGCHLD,aighandler);
  if(fork()==0){
    printf("child----pid:%d-----\n",getpid());
    sleep(3);
    exit(1);
  }
  while(1);
  return 0;
}

SIGCHLD是17号信号。



事实上,由于UNIX 的历史原因,要想不产生僵尸进程还有另外一种办法:父进程调 用sigaction将SIGCHLD的处理动作

置为SIG_IGN,这样fork出来的子进程在终止时会自动清理掉,不 会产生僵尸进程,也不会通知父进程。系统默认的忽

略动作和用户用sigaction函数自定义的忽略 通常是没有区别的,但这是一个特例。此方法对于Linux可用,但不保证

在其它UNIX系统上都可 用。请编写程序验证这样做不会产生僵尸进程

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

int main()
{
  signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
  if(fork()==0){
    printf("child----pid:%d-----\n",getpid());
    sleep(3);
    exit(1);
  }
  while(1);
  return 0;
}

普通信号

通过·

vim /usr/include//bits/signum.h

查看，下面是我在百度上翻译的。