Linux进程信号的用法及说明_Linux

信号产生

生活中的信号类比(交通信号灯、警报)，当产生这些信号时，我们会立马想到对应的动作。

在linux中，信号是事件发生对进程的通知机制亦称软件中断，由操作系统内核、进程本身或者其他进程向目标进程异步事件发送机制(即收到某种信号，并不会立马去执行)。通知进程发生某种预定义的时间，要求进程作出相应响应。

信号与硬件中断相似之处在于会打断程序执行流程。

常见信号

硬件异常：

如内存越界（sigsegv）
除零错误（sigfpe）
由内核自动生成

系统调用：

kill()：向指定进程发送信号
raise()：进程向自身发送信号
alarm()：设置定时器，超时后发送 sigalrm

终端输入：

ctrl+c:sigint（终止进程）
ctrl+z:sigtstp（暂停进程）
ctrl+\:

软件条件：

子进程退出时，父进程收到 sigchld
定时器到期（如 alarm()）触发信号

核心转储：

信号的分类

信号分为两大类。

(编号1-31)为传统信号信号，内核向进程通知且递送一次，(编号34-64)为实时信号使信号按序递送。

信号处理方式

默认动作： 部分是终止自己，暂停等
忽略动作： 是一种信号处理的方式，只不过动作就是什么都不干
自定义动作： 使用signal方法修改信号的处理动作。(即用户程序员编写的函数：将默认动作转化为自定义动作)

改变信号处理方式

signal，sigaction

信号阻塞

概念悉知

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.
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。

信号产生后会稍后递达给某进程，信号在产生和到达期间会一直处于pending等待状态。

信号在内核中的表示

每个进程都有一个信号屏蔽字亦称阻塞信号集，一个 sigset_t 类型的位图，每一位对应一个信号（如 sigint、sigquit 等）。用来标记哪些信号当前被阻塞。被阻塞的信号若已产生，会进入未决状态，直到阻塞被解除才会触发处理。位为1生效，0不生效。

block与pending之间联系

pending集是信号产生后的暂存区，block是控制信号是否能从pending暂存区递交给进程的开关

block：决定哪些信号会被阻塞，近而将其放入未决信号集
pending：记录已产生但未被处理的信号（因被阻塞或正在处理其他信号）
通过sigpending()査询挂起的信号集，通过sigprocmask()控制阻塞状态。

其中block位图用于表示进程是否阻塞。

pending位图用于是否有信号写入（信号是否产生，信号产生时，内核在进程控制块中设置该信号的pending位图，直到信号抵达才消失）。
handler函数指针数组用于进程执行何种动作（其中存放的是动作函数指针，每个信号的编号就是其数组下标）。

关键系统调用

信号集操作函数

sigset_t 本质上是一个位图，每一位代表一个信号。当某一位被设置为 1 时，表示对应的信号被包含在信号集中；为 0 则表示不包含。使用者只能调用以下函数来操作sigset_t变量,不用关注内部数据。

在使用sigset_t类型的变量之前,一定要调用sigemptyset()函数初始化一个未包含任何成员的信号集或者sigfillset()函数则初始化一个信号集，使其包含所有信号（包括所有实时信号）。

#include <signal.h>
// 清空信号集，置0
int sigemptyset(sigset_t *set);  
// 填充所有信号, 置有效状态1？  
int sigfillset(sigset_t *set);

信号集初始化后，可以分别使用 sigaddset()和sigdelset()函数向一个集合中添加或者移除单个信号。使用sigismember()测试信号是否是信号集set的成员。

#include <signal.h>
// 添加单个信号
int sigaddset(sigset_t *set, int signo); 
 // 删除单个信号
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
// 判断信号是否存在
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);

信号掩码（阻塞信号传递）

内核会为每个进程维护一个信号掩码(一组信号)，阻塞其针对该进程的传递。如果将被阻塞的信号发送给某进程，那么对该信号的传递将延后，直至从进程信号掩码中移除该信号，从而解除阻塞为止。阻塞信号集内0变1只能由其触发。

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

参数：

how：指定了sigprocmask()函数想给信号掩码带来的变化。

sig_block：set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号(逻辑或)
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(与非)
sig_setmask：设置当前信号屏蔽字为set所指向的值(直接赋值)

set

要操作的信号集，(为null则忽略)

oldset

保存旧的信号掩码(可为null)

返回值：成功返回 0，失败返回 -1（设置 errno）

阻塞：信号暂存到未决信号集直到解除阻塞
忽略：直接丢弃

操作示例：

void handler(int no){
    cout << "execcute user-defined actions" << " ";
}

int main(){

    //更改2号信号执行动作
    signal(2, handler);

    //创建两个信号集
    sigset_t set, old_set; 

    //清空信号集
    sigemptyset(&set);
    sigaddset(&set, sigint);//将2号信号添加进set集01000...000
    
    //将set信号集中指定信号添加到当前阻塞信号集中，同时将原来的信号集保存到old_set中
    sigprocmask(sig_block, &set, &old_set);//阻塞set中包含的信号集

    cout << "sig_int is blocked, ctrl+c has failed" << endl;
    sleep(5);//5秒内ctrl+c不会有反应

    //使用old_set替换当前所有阻塞信号集
    sigprocmask(sig_setmask, &old_set, null);//恢复之前阻塞信号集
    cout << "sig_int has been resloved" << endl;
    sleep(5);
    return 0;
}

阻塞期间发送2号信号？

信号不会立马处理，而是将该信号加入pending信号集(即pending位图的sig_int位从0-->1)

信号阻塞接触后？

pending信号集内该信号立即处理(处理方式鉴于默认动作，忽略(丢弃) 或 自定义动作)，该位由1-->0。

sigpending获取未决信号集

如果某进程接受了一个该进程正在阻塞的信号，那么会将该信号填加到进程的等待信号集中。当之后解除了对该信号的锁定时，会随之将信号传递给此进程。

#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t *set);

系统调用返回后，用户空间的set变量包含了当前的未决信号集，可以使用sigismember()检查特定信号是否在未决信号集中。

作用： 返回处于等待状态的信号集，并将其置于 set指向的sigset_t 结构中。

操作	是否进入未决?	后续动作
信号被阻塞，且期间被发送	是	该信号记录在未决信号集中，直到阻塞解除后被处理
信号被阻塞，期间未被发送	否	不记录该信号，解除阻塞后若收到信号则直接处理
信号未被阻塞，但被发送	否	信号直接调用对应函数即可

signal() - 设置信号处理

#include <signal.h>

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

返回函数指针的函数：

代码示例：

void handler(int signo){
    cout << "execcute user-defined actions" << " ";
}
...
    //更改2号信号执行动作
    signal(2, handler);

声明该函数类型是一个函数指针类型，signal是函数名(如：int (*p)(int,int),p是函数名，有两个int类型参数，返回值是一个int类型)。signal返回的是一个函数指针，该函数指向的函数参数是一个int类型，返回值是void。所以外层是指明这是一个函数指针类型。里面才是使用的函数本体。

signal 是一个函数
它接受一个整数和一个函数指针作为参数
它返回一个与第二个参数类型相同的函数指针

返回函数指针的数组： 对？

sigaction() - 设置信号处理

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

signum : 目标信号

act 新的信号处理方式

sa_handler：信号处理函数指针（或 sig_ign、sig_dfl）。
sa_mask：处理该信号时额外阻塞的信号集。
sa_flags：控制选项（如 sa_restart、sa_nodefer）
null

oldact

保存旧的处理配置(可为null)

返回值：成功返回 0，失败返回 -1（设置 errno）

struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int);          // 简单处理函数
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 高级处理函数
    sigset_t sa_mask;                     // 处理期间屏蔽的信号集
    int      sa_flags;                    // 控制标志
    void     (*sa_restorer)(void);        // 内部使用（已废弃）
};

现在我们使用sigprocmask函数和sigpending函数完成一个函数。思路是

对2号信号写入信号集
将该信号集使用sigprocmask函数将2号信号block住
我们键盘输入ctrl+c，产生2号信号，发送至该进程。
使用sigpending函数输出pending位图,因为我们将2号进程block住了，该信号并不能抵达。我们再向其发送2号信号，信号被block住了并不会影响信号的写入。因此我们再发送2号进程之前pending位图应该全为0，发送2号进程之后会看见pending位图发送由0至1的变化。

执行流程：

前 5 秒内，sigint（ctrl+c）被阻塞，信号进入未决状态但不触发处理。
5 秒后解除阻塞，若之前有未决的 sigint，会立即触发 handle 函数。

#include <iostream>
#include <cassert>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;
static void handler(int signo){
    cout << signo << " 号信号确实递达了" << endl;
    //最终不退出进程
}
 void displaypending(const sigset_t pending){
    // 打印 pending 表
    int i = 1;
    while (i < 32)
    {
        if (sigismember(&pending, i))  cout << "1";
        else cout << "0";
        i++;
    } cout << endl;
}
int main(){
    // 更改 2 号信号的执行动作
    signal(2, handler);
    // 创建信号集
    sigset_t set, oset;
    // 信号集清空  0
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);
    
    sigaddset(&set, 2);	//将2号信号写入set
    // 设置当前进程的屏蔽信号集
    sigprocmask(sig_block, &set, &oset);//0给进程
    // 死循环
    int n = 0;
    while (true){
        if (n == 5){
            // 采用 sig_setmask 的方式，覆盖进程的 block 表
            sigprocmask(sig_setmask, &oset, null); // 不接收进程的 block 表
        }
        // 获取进程的 未决信号集
        sigset_t pending;
        sigemptyset(&pending);
        int ret = sigpending(&pending);
        assert(ret == 0);
        (void)ret; // 避免 release 模式中出错
        displaypending(pending);
        n++;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}