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。

在内核中的表示

信号的三种概念在操作系统中的表示，在进程的PCB中，操作系统会为我们维护3张表，分别为pending表、block表、handler表。

pending表：位图结构。比特位的位置表示哪一个信号，比特位的内容代表是否收到信号。

block表：位图结构。比特位的位置表示哪一个信号，比特位的内容代表是否对应的信号该被阻塞。

handler表：函数指针数组。对应的函数指针就是 void (*sighander_t)(int) 类型。该数组的下标表示信号的编号，数组特定下标的内容表示该信号的递达动作。

下面我们来举一个小例子来看一下信号的默认处理动作和忽略动作：

int main()
{
    signal(2, SIG_IGN);
    while (true)
    {
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

可以看到当我们将信号的默认处理动作设置为忽略时，进程对ctrl-c就没有了反应。

从定义中来查看就是与我们设置的自定义动作相类似：

将数字强制转换成了函数指针类型。

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。
SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。
SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数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?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。

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。

简要来说，就是我们可以通过sigset_t的对象来控制penging和block这两个位图结构。

信号集操作函数

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。

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);

函数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。
函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表示该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
注意,在使用sigset_ t类型的变量之前,一定要调用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。

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。

sigpromask

调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)。

#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。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。

sigpending

#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。调用成功则返回0,出错则返回-1。

下面展示一个sigpending的小例子可以用来获取被pending的信号，我们将使用函数将2号信号屏蔽，当过去一定的时间之后再让信号的屏蔽恢复，并通过自定义的行为来判断。

static void PrintPending(const sigset_t &pending) {
    cout << "当期进程的pending信号集:";
    for (int signo = 1; signo <= 31; ++signo) {
        if (sigismember(&pending, signo)) cout << "1";
        else cout << "0";
    }
    cout << endl;
}

static void handler(int signo) {// 添加了static之后该函数只能在本文件中使用
    cout << "对特定信号：" << signo << "执行捕捉动作" << endl;
}

int main() {
    // 1. 屏蔽2号信号
    sigset_t set, oset;
    // 1.1 初始化
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);
    // 1.2 将2号信号添加到set中
    sigaddset(&set, SIGINT);
    sigaddset(&set, 3);
    // 1.3 将新的信号屏蔽字设置进程
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);
    signal(2, handler);
    // 2. while获取进程的pengding信号集，并01打印
    int cnt = 0;
    while (true) {
        // 2.1 获取pending信号集
        sigset_t pending;
        sigemptyset(&pending);
        int n = sigpending(&pending);
        assert(n == 0);
        (void)n; // 保证不会出现编译时warning
        // 2.2 打印
        PrintPending(pending);
        // 休眠
        sleep(1);
        // 10秒之后恢复对所有信号的block动作
        if (cnt++ == 10)  {
            cout << "解除对2号信号的屏蔽" << endl;
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr);
        }
    }
}