【Linux取经路】信号的发送与保存

news2024/12/26 10:47:57

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文章目录

一、重新理解发送信号
二、信号的保存、阻塞信号的概念
三、信号集操作函数
- 3.1 sigprocmask
- 3.2 sigpending
四、阻塞信号代码验证
五、结语

一、重新理解发送信号

进程通过位图来实现对普通信号（1-31号信号）的保存，该位图保存在进程的 task_struct 结构体中。比特位的内容是 0 还是 1，表明是否收到信号；比特位的位置是第几个，表明信号的编号。**发送信号的本质就是，操作系统去修改 task_struct 的信号位图中对应的比特位。**因为操作系统是进程的管理者，所以只能由操作修通去执行修改动作。由于对普通信号采用的是位图结构，所以对于某一个特定的信号，只能保存一次，即进程先收到了一个 2 号信号，还没有对 2 信号处理，此时又收到一个 2 号信号，因为位图只能确定进程是否少到了某一个信号，无法确定收到某个信号的个数，所以，最终 2 号信号只能被执行一次。对实时信号采用的是队列进行管理，实时信号需要立即处理，并且操作系统发了多少个实时信号，对应的进程就要处理多少次。

**操作系统本来可以直接杀掉或者暂停一个进程，那为什么还要搞出信号这一套东西呢？**答案是，操作系统还要考虑上层用户，在异常产生的时候，如果操作系统直接就把程序终止了，那历史上可能产生了很多重要的数据没有保存，导致数据丢失，操作系统为了避免承担责任，所以有了信号这一概念。在进程出现异常的时候，操作系统先给进程发送信号，相当于是给它提个醒，你已经出异常了，快干收尾工作吧，这也是信号捕捉方法里需要完成的工作。

二、信号的保存、阻塞信号的概念

信号相关概念：

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）（屏蔽）某个信号，屏蔽和该信号是否产生没关系。
被阻塞的信号产生是将保持在未决状态，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。

SIG_DEFL：执行信号的默认处理动作；SIG_IGN：对信号执行忽略动作。

三、信号集操作函数

sigset_t 称为信号集，是操作系统给用户提供的一种数据类型，用来描述和 block 、 pending 一样的位图，于此同时，操作系统还给我们提供了很多信号集操作函数，我们可以通过这些函数去修改信号集。

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set); // 将位图全部设置为 0
int sigfillset(sigset_t *set); // 将位图全部都设置为 1
int sigaddset (sigset_t *set, int signo); // 将位图中的某一位设置为 1
int sigdelset(sigset_t *set, int signo); // 将位图中的某一位设置为 0
int sigismember(const sigset_t *set, int signo); // 判断一个信号是否在信号集中，不在返回0，在返回1，出错返回-1

3.1 sigprocmask

该函数是专门针对系统中的 block 位图的。

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); 
// 返回值:若成功则为0,若出错则为-1

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。假设当前的信号屏蔽字为mask,下表说明了how参数的可选值。

选项	含义
SIG_BLOCK	set 包含了我们希望添加到当前信号屏蔽子中的信号，相当于 `mask = mask
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	设置当前信号屏蔽子为 `set` 所指向的值，相当于 `mask = set`

3.2 sigpending

该函数是专门针对系统中的 pending 位图的。

#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。调用成功返回 0，调用失败返回 -1。

四、阻塞信号代码验证

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

void PrintPending(const sigset_t &pset)
{
    for(int i = 31; i >= 1; i--)
    {
        cout << sigismember(&pset, i);
    }
    cout << endl;
}

void handler(int signum)
{
    cout << "catch a signum: " << signum << endl;
}

int main()
{
    signal(2, handler);
    // 1. 先对 2 号信号进行屏蔽

    // 数据预备工作
    sigset_t bset, oset; 
    sigemptyset(&bset); // 先将信号集清空
    sigemptyset(&oset); // 先将信号集清空
    sigaddset(&bset, 2); // 给 bset 中添加上 2 号信号

    // 调用系统调用，将数据设置进内核
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &bset, &oset);

    // 2. 重复打印当前进程的 pending 信号集
    // 在重复打印期间向进程发送 2 号信号，因为 2 号信号被屏蔽了，所以 2 号信号会一直被保存在 pending 中
    sigset_t pset; // pending
    sigemptyset(&pset);
    int cnt = 0;
    while(true)
    {
         int n = sigpending(&pset);
         if(n < 0) continue;
         PrintPending(pset);
         sleep(1);
         cnt++;
         if(cnt == 15)
         {
            cout << "unblock 2 signo" << endl;
            // 解除阻塞
            sigdelset(&bset, 2);
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr);
         }
    }

    return 0;
}