文章目录
- 信号概念及产生
- 键盘事件eg
- 软件中断eg
- 硬件中断eg
- 信号处理方式
- PCB中关于信号的数据结构
- 信号捕捉
- 信号集sigset_t
- sigprocmask
- sigpending
- 信号处理程序
- signal、sigaction
- 可重入函数
- 可靠信号
- kill、raise
信号概念及产生
信号是一种异步通知机制，内核通过信号告知目标进程某一事件已经发生，请求进程对该信号做出处理。例如我们在命令行上敲下ctrl+c其实就是发送了一个终止信号给前台进程组，前台进程在收到终止信号后会被强行终止。信号的产生方式有很多，如键盘事件，软件中断，硬件中断……
Unix标准提供了一组标准的信号集合，可以通过kill -l命令查看，每一个信号是一个宏常量，被扩展为一个整型类型。
注：（没有0号信号和32、33号信号）
键盘事件eg
- CTRL+C，向前台进程组发送终止信号，强制结束前台进程组运行
- CTRL+Z，向前台进程组发送挂起信号，暂停前台进程组的运行
…………
（键盘事件的目标都是前台进程组）
软件中断eg
- 进程自身调用sleep函数
- 进程自身调用raise函数
- 进程自身调用abort函数
…………
硬件中断eg
- 除0错误
- 缺页中断
- 段错误
…………
信号处理方式
进程可以针对不同的信号设置不同的处理方式，分别对应默认处理(SIG_DEF)、忽略处理(SIG_IGN)、自定义处理；忽略处理及进程不对信号产生任何相应，默认处理对于大部分信号来说是终止进程，自定义处理即信号处理时调用用户自定义的回调函数。
SIGKILL(9) 和 SIGSTOP(19) 信号不可被自定义
PCB中关于信号的数据结构
在信号产生时进程并不会立刻对信号做出相应，处于这个时间窗口的信号称之为未决信号(挂起信号)；
当进程对收到的信号做出处理称之为信号递达；
进程可以选择阻塞某些信号的递达，即阻塞信号，阻塞信号不等于忽略信号，忽略信号属于信号递达方式之一
PCB中维护了进程的三个关于信号的数据结构
- 未决信号集
- 阻塞信号集
- 信号处理集
其中未决信号集和阻塞信号集是内核定义的一种位图类型==(sigset_t信号集)==,而信号处理集是一个函数指针数组，绑定着各个信号的处理方式
从逻辑结构上看如下图所示
当信号发生时由内核在进程PCB中设置相应的信号位，进程在合适的时机对该信号做出相应。
信号捕捉
信号的捕捉是一个复杂流程，它发生于内核态回变到用户态的时刻，充斥着用户态和内核态的切换。具体过程如下
- 用户态下因为中断进入内核
- 内核中断处理完毕后递送信号
- 如果处理方式为忽略或默认则在内核态直接完成
- 如果处理方式为自定义则返回用户态完成
- 用户态处理完成后返回再次进入内核
- 在内核态中恢复上下文后返回用户态继续执行
==为什么对于自定义处理需要返回在用户态完成:==这一步主要为了安全，在用户态下进程收到诸多限制，可以避免执行恶意逻辑破坏内核数据
信号集sigset_t
由于不同的信号数量可能会超过一个整型数的位数，Unix提供的系统基本数据类型sigset_t被广泛用于信号相关的API，如果我们需要查看或设置未决信号集或阻塞信号集，往往都要通过sigset_t参数进行操作。POSIX标准定义了有关于信号集数据类型的5的API
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t* set); //将信号集所有位都置0
int sigfillset(sigset_t* set); //将信号集所有位都置1
int sigaddset(sigset_t* set,int signo); //信号集某一位(特定信号)置1
int sigdelset(sigset_t* set,int signo); //信号集某一位置0
int sigismember(const sigset_t* set,int signo); //判断某一位是否为1
POSIX规定在使用信号集数据类型必须先调用sigemptyset或sigfillset进行初始化操作
sigprocmask
sigprocmask可以查改进程的阻塞信号集(信号屏蔽字),它只适用于单线程进程
int sigprocmask(int how,const sigset_t* set,sigset_t* oset);
//oset用于返回当前信号屏蔽字
//set和how共同绝对对信号屏蔽字的处理
how的取值
- SIG_BLOCK : set对原信号屏蔽字进行新增操作
- SIG_UNBLOCK :set对原信号屏蔽字进行删除操作
- SIG_SETMASK :set对原信号屏蔽字进行覆盖操作
sigpending
sigpending可以查进程的未决信号集
int sigpending(sigset_t* set);
sigpending返回的信号集，比特位为1的信号因被阻塞而不能被传递。因此处于挂起状态。
信号处理程序
signal、sigaction
Unix提供了2个接口用于设置信号处理程序，一个是具备可移植性的sigaction、一个是不具备可移植性的signal
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
尽管在Linux下signal和sigaction的语义是一样，但是这不能保证signal在其他Unix平台的具有相同的语义，因此如果需要绑定自定义信号处理程序请使用sigaction
typedef void (*sighandler_t)(int); //sighandler_t是一个函数指针，规定了信号处理函数无返回且仅有一个int参数
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); //信号处理程序1
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理程序2,siginfo_t是一个结构体，保存了信号处理程序的各种信息 sigset_t sa_mask; //信号掩码
int sa_flags; //选项，默认传0，具体参看手册
};
信号处理程序1和2只能二选一
sa_mask的作用：参数信号集用于设置阻塞信号，可以保证信号处理程序执行过程中不被指定信号所中断，当信号处理程序结束后进程的信号屏蔽字将复原
可重入函数
可重入函数被定义为被中断后续还能正常执行的函数，这些函数都具有一个普遍的特征——不涉及对全局数据的修改。与之相反的是不可重入函数，不可重入函数如果在执行过程中因为信号中断，而信号处理程序也调用了一次同样的函数，就可能发生未定义行为。因此不可重入函数不应该被用于信号处理程序。(针对信号的可重入函数为异步信号安全函数,针对线程的可重入函数为线程安全函数)
信号处理函数应该只执行简单的操作，避免修改全局变量。
下图是Unix环境下已知的可重入函数
可靠信号
大部分Unix系统只会对信号做出1次递送，如果一个信号在已经在未决信号中，之后再次发生相同的信号，那么后发生的信号将被忽略，即第二次信号丢失了，这类信号称为不可靠信号。与之相对于的是可靠信号，对于可靠信号内核会为这些信号进行排队，保证不会有信号丢失。其中1~31是不可靠信号，34-64为可靠信号。
kill、raise
kill用于向一个进程或一组进程发送信号
raise用于向自身发送一个信号
int raise(int signo);
int kill(pid_t pid,int signo);
raise(signo) <==> kill(getpid(),signo);
kill中pid不同取值具有不同意义
