【Linux】详解信号的保存信号屏蔽字的设置

news2024/12/27 14:38:12

一、信号处理的一些常见概念

实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery)。
信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。
进程可以选择阻塞 (block )某个信号。被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作。
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可选的一种处理动作。
阻塞一个信号和是否收到这个信号是没有关系的。也就是说，在还没收到一个信号之前就可以在内核中设置对这个信号进行阻塞。

二、信号保存以及阻塞的内核级理解

在进程的PCB中，其实是有三张表。

一张为block位图（阻塞位图），也就是一个32位的整形变量，其中取高31位来表示是否阻塞对应的信号，比如说block位图中第0个比特位不用，第1个比特位表示是否阻塞1号信号，第一个比特位为1就表示阻塞1号信号，为0就表示不阻塞1号信号，依次类推，第2到第31个比特位也是同样的道理。

一张为pending位图（未决位图），也是一个32位的整形变量，其中取高31位来表示是否收到对应的信号，比如说pending位图中第0个比特位不用，第1个比特位表示是否收到1号信号，第一个比特位为1就表示收到1号信号，为0就表示没有收到1号信号。

另一张是一个函数指针数组，该数组中每一个下标中都存放了收到对应信号后的处理方法。如果我们不对方法做自定义写入，那么进程在收到对应信号后执行的就是默认的方法，如果自定义写入了那执行的就是我们写入的方法。

在上图中，三个数组（前两张位图也可以看成数组）应该横着看，依次表示该信号是否被阻塞，是否收到该信号，以及执行该信号的处理方法。 常规信号在递达之前产生多次只计一次，也就是说，当在一段时间内有多个相同的信号到来但却来不及被处理时，在pending位图里只会记录一次。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。

三、查看pending位图

其中sigset_t类型的解释就在下面，set为一个输出型参数，我们传入一个sigset_t类型的参数set，pending位图中的值就被set参数获得了。如果获取成功sigpending函数返回0，是被返回-1。

四、设置信号屏蔽字操作（修改block位图）

从上面的介绍中我们也可以看到，其实block位图和pending位图的结构是十分相似的，所以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，可以用来修改进程block位图中的信号屏蔽字。sigset_t就是一种数据类型，跟int、double这些数据类型没有区别。

3.1、信号集操作函数

sigset_t虽然是一种数据类型，但是我们并不能直接手动的修改sigset_t类型的值，必须要调用对应的系统调用函数。

#include <signal.h>
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);

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,表示该信号集不包含任何有效信号。
sigfillset：初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置1位,表示该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
sigaddset：在set信号集中添加signo信号。
sigdelset：在set信号集中删除signo信号。
sigismember：用于测试一个指定的信号是否已加入至一个特定的信号集中。

我们设置完信号集set的值后，set并没有被设置进进程的PCB中，还需要我们调用系统调用函数设置。

3.2、设置信号屏蔽字

利用sigprocmask系统调用函数可以设置进程的信号屏蔽字

第一个参数how有三个选项：

SIG_BLOCK：set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字中的信号，相当于mask=mask|set。
SIG_UNBLOCK：set包含了我们希望从当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号，相当于mask=mask&~set。
SIG_SETMASK：设置当前信号屏蔽字为set所指向的值，相当于mask=set。

第二个参数set是我们设置的信号屏蔽字，第三个参数为输出型信号屏蔽字，是原来的信号屏蔽字。

3.3、设置信号屏蔽字的例子

下面是一个设置屏蔽2号信号，有解除屏蔽2号信号的例子。在程序运行起来到程序运行到20秒期间，我给程序发送2号信号，应该看到pending位图中2号信号的位置为1但程序不退出，到了20秒时程序退出。

下面是打印pending表的函数，如果收到信号，对应的比特位就置1，如果没有收到就置0。

void print(const sigset_t& pending)
{
    for(int i = 31; i>=1; i--)
    {
        if(sigismember(&pending, i))
            std::cout << "1";
        else
            std::cout << "0";
    }
    std::cout << std::endl;
}

2号信号加入到信号屏蔽集中：

    sigset_t set, oldset;
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oldset);

    sigaddset(&set, 2);//将2号信号加入到要屏蔽的信号集中

set设置进进程的PCB中：

    //设置set进block位图中
    int n = sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &oldset);
    if(n == -1)
    {
        std::cout << "设置屏蔽字错误！" << std::endl;
        return 1;
    }

查看pending表，观察退出状态：

    int cnt = 0;

    //查看pending位图，给进程发送2号信号，pending位图中应该出现2号信号，但是进程不会退出
    //等到20秒时程序退出
    while(true)
    {
        cnt++;
        if(cnt == 20)
            sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, &oldset);
        sigset_t pending;
        sigemptyset(&pending);
        int m = sigpending(&pending);
        print(pending);
        sleep(1);
    }

发送2号信号，程序到20秒时退出：