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Linux 学习之路 - 信号的保存

article 2024/12/24 2:36:03

前面已经介绍过信号的产生，本文将继续介绍信号的保存与处理。

1、上篇文章的遗留问题

从上篇文章(Linux学习之路 -- 信号概念 && 信号的产生-CSDN博客)中，其实还遗留了一些问题。OS在接受到信号后，大部分的进程的处理方式都是终止进程。但是终止进程的方式有Term和Code两种方式。那么两种进程退出的方式有何区别呢？

Term就表示正常的退出，而code退出会产生核心转储文件。在云服务器中，使用code退出时，默认是将code产生核心转储文件的功能关闭的。而我们如果想要查看该功能是否被打开。我们就可以使用"ulimit -a"选项，对该功能进行查看。

其中的第一项"core file size" 就表示code功能是否被打开。core file size其实也就是表示核心转储文件的大小，如果为零，也就表示没有。我们要恢复该功能，只要将其设置一定大小的正整数即可(单位为KB)。我们可以使用"ulimit -c + 指定大小的整数"，如果不想该文件的大小收到限制，就把前面这条命令中的整数改为unlimited即可。

核心转储文件的作用：如果进程运行出现异常时，系统就会将进程在内存中的数据(主要与调试有关)转到磁盘中，形成core、core.pid文件。

该文件主要用于帮助我们进行调试，当我们使用gdb时，能够直接定位到对应出错的行号与文件。我们在打开gdb时，直接输入core-file + core（这里是核心转储的文件名，如果有后缀pid，记得加上）即可。

core dumped 表示形成核心转储文件，这个和前面我们讲述的进程退出时的知识有些许关联。

进程退出时，会返回一个整型。OS以后16个字节对进程的退出状态进行标识。中间其实缺少了一个比特没有介绍，这个比特位就是core dumped标志，用于标识是否形成核心转储文件。

但是核心转储文件虽然能帮我们定位程序出错的位置，但在实际的云服务器上，我们的服务是需要不断运行的。有时候恢复正常服务，需要很长的时间。在此期间，有可能OS会一直输出core文件，导致服务器磁盘被打满，这就会导致服务器也直接挂掉。所以，正常情况下，这个core dump功能是会被默认关闭的。

2、信号的保存

在正式介绍信号保存之前，我们需要把前面的概念修正一下。
<1>实际执行信号的处理动作称为信号递达。(默认、忽略、自定义)
<2>信号从产生到递达之间的状态称为信号未决。(存储信号)
<3>进程是可以阻塞信号的。

1、基本流程

前面我们提到，当OS向进程发送信号，实际上是在向进程写入信号。而进程可能在处理其他事务，所以会使用一个位图来对信号进行保存。在struct task_struct 中就是以一个无符号整型变量对信号进行保存。同理，信号可以被进程阻塞，这个阻塞也是需要先存储信号，而OS也是使用了位图的方式，对其进行保存。当进程接受到信号时，会先保存信号。然后，在需要执行信号的默认处理方式前，判断信号是否被阻塞，如果是，就不处理该信号；不是就执行默认方法。（如果该信号被一直阻塞，那就一直不执行)

除了上述的两张位图，还有一个数组与进程处理信号相关。

这个数组是一个函数指针数组，里面存储了一些对应信号的默认处理方法。当OS接收到信号时，先将信号写进pending位图中，然后判断是否被阻塞。如果没有被阻塞，就找到对应的handler方法，处理信号，该数组的下标就代表了对应的信号。这里可以联想到signal接口处理信号的方式，当我们设定位自定义处理信号时，将该信号在handler_t中对应的默认处理方法替换成自定义函数地址。

2、三张表对应的系统接口和相关操作

1、五个常用的信号集函数

在OS中，我们查看pending位图和block位图，是不会直接传整型的，而是将存储的结构封装成了一个结构体，所以我们在上述的五个接口中均可以看见sigset_t类型的参数。下面一一解释一下对应接口的作用。

<1>sigemptyset

该接口用于将位图初始化为零，一般我们需要自己定义一个sigset_t变量，把这个变量用于存储系统中对应位图信息。而这个变量定义时不初始化，所以可能会出现随机数现象，该接口就是用于将变量中的数据全部清零。

<2>sigfillset

该接口用于将所有定义的信号，设进set这个参数信号集中。

<3>sigaddset

该接口用于将signum信号添加进set这个信号集。

<4>sigdelset

该接口用于将signum信号从set信号集中删除。

<5>sigismember

该接口用于判断信号signum是否在set这个信号集中。

前四个接口调用成功返回零，失败返回-1。最后一个接口成功返回true，失败返回false。

2、sigprocmask

该接口可以读取或更改系统中对应的信号屏蔽集(block位图).

第一个参数表示所要对信号屏蔽集做的动作，第二个参数表示新的信号屏蔽字，第三个参数表示原来的信号屏蔽集。

第一个参数一般常用的有三个选择：SIG_BLOCK 、SIG_UNBLOCK、SIG_SETMASK。第一个选项表示将set这个信号集中的屏蔽的信号添加进现有的信号屏蔽集中；第二个选项表示将set这个信号集中屏蔽的信号从原有的信号删除；第三个选项表示将set这个信号集直接替换当前的信号屏蔽集。

调用成功返回0，失败返回-1。

3、sigpending

该接口用于读取系统中的pending信号集(pending位图)。成功返回0，失败返回-1。

4、示例：

我们以下面的场景为例，演示一下上述的相关的接口的使用方式。

场景：我们当前将2号信号阻塞，然后不断向当前进程发送2号信号，观察pending表是否一直都保存着2号信号。（pending表中一般就一个信号，当收到新的不同的信号时，原有的信号会被消除）

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

void Print(sigset_t &pe)
{
    std::cout << "pending map: ";
    for (int i = 31; i >= 1; i--)
    {
        if (sigismember(&pe, i))
        {
            std::cout << "1";
        }
        else
        {
            std::cout << "0";
        }
    }
    std::cout << std::endl;
}
int main()
{
    sigset_t block, oblock;
    sigemptyset(&block);
    sigemptyset(&oblock);

    sigaddset(&block, 2);
    int n = sigprocmask(SIG_BLOCK, &block, &oblock);
    if (n == 0)
    {

        while (true)
        {
            sigset_t pending;
            sigemptyset(&pending);
            sigpending(&pending);
            sleep(1);
            Print(pending);
        }
    }
    return 0;
}

运行结果：

我们可以看见，当我们将2号信号阻塞时，pending中的2号信号一直没有被处理。需要说明的是，我们不能直接打印pending表，OS是以sigset_t的类型对信号进行存储，里面可能包含有别的数据，所以直接打印是错误的。在代码中，需要使用sigismember来判断信号是否存储。

上面的示例，我们屏蔽了2号信号，那我们能不能屏蔽1到31号信号呢？如果不能，那么哪些信号不会被屏蔽呢？下面通过代码对该问题进行验证。

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

void Print(sigset_t &pe)
{
    std::cout << "pending map: ";
    for (int i = 31; i >= 1; i--)
    {
        if (sigismember(&pe, i))
        {
            std::cout << "1";
        }
        else
        {
            std::cout << "0";
        }
    }
    std::cout << std::endl;
}
int main()
{
    sigset_t block, oblock;
    sigemptyset(&block);
    sigemptyset(&oblock);
    for(int i = 1; i < 32; i++)
    {
        sigaddset(&block, i);
    }
    sigaddset(&block, 2);
    int n = sigprocmask(SIG_BLOCK, &block, &oblock);
    if (n == 0)
    {

        while (true)
        {
            sigset_t pending;
            sigemptyset(&pending);
            sigpending(&pending);
            sleep(1);
            Print(pending);
        }
    }
    return 0;
}

运行结果