【Linux】信号的产生、保存与处理

信号

什么是信号

信号是Linux提供的一种向指定进程发送特定事件的方式。

Linux中规定了64种信号，其中1到31号为不可靠信号（可能丢失），32到64号为可靠信号（不可能丢失）。

注：绝大多数的默认操作都是终止进程。 

        信号通常经历以下三个阶段，产生、保存、递达（处理）。处于保存时期的信号处于一个叫未决的状态。可以简单理解为信号到了，但未处理的状态。 

        举个例子，你的朋友让你给他买瓶汽水，但由于你手头上有更加重要的事，所以你默默地记下给他买瓶汽水这个信号等到你忙完后才去执行。此时你对信号的处理是阻塞，信号在被递达前都处于未决状态。当然，除了阻塞你也可以选择忽略，忽略则是信号到了但是你直接无视。

信号的产生

信号的产生是异步的，他能够使一个正在执行的进程被异步打断，转而去处理一个突发事件。

信号的产生大致有以下五种原因，但从始至终信号都是有OS来发送的。

1. 通过kill命令向指定进程发信号。例：kill -2 8888  (2是信号取值，代表2号信号。8888是一个进程的pid)
2. 键盘也可以产生信号（Ctrl+c  就相当于向当前进行发送2号信号）
3. 系统调用，例如  int kill(pid_t pid，int sig)函数。
4. 软件条件，例如管道读端关闭，写端一直写，那么OS就会向他发送13号信号SIGPIPE关闭写端。（这就是读端关闭写端就不写了的原因）
5. 异常，出现异常进程停止运行也是OS对其发送了信号。 

信号的保存与处理

每个进程都有一个对应的task_struct，而在task_struct中有一个管理信号的结构。这个结构主要分为三部分。pending、block是两张位图，pengding的每个位置都代表对应的信号，0或1代表该信号是否未决（到达但未处理）。clock的每个位置同样代表对应的信号，0或1代表该信号是否被阻塞。而handle是一个函数指针数组，他的每个位置都对应信号的处理方法，不修改则为默认，可以通过系统调用进行自定义。

当信号到来时，OS就会遍历pending位图，为0则查看下一个比特位，为1则查看block位图的对应位置，此时block的该比特位为1则不做处理（被阻塞），为0则将对应位置pending置0再执行对应位置的handle操作。

信号的捕捉

信号的捕捉流程

 内核态对比用户态最明显的区别的内核态拥有更大的权力。所以进行自定义的信号处理时，要从内核态回到用户态，这是对操作系统的保护，防止用户定义的函数在内核态进行非法操作。

signal函数 

作用：捕捉一个指定信号，设定该信号的操作方法。

• #include <signal.h>

  typedef void (*sighandler_t)(int);

  sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

• 第一个参数signum代表信号的取值。
• 第二个参数有三种，第一种是返回值为void，参数为int的自定义函数指针；第二种是  SIG_IGN  代表忽略一个信号；SIG_DFL代表默认处理。

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

void sigcb(int sig)
{
    std::cout << "get a sig : " << sig << std::endl;
}

int main()
{
    signal(2, sigcb);
    while (true)
    {
        std::cout << "process is running , pid : " << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

向进程3348发送2号信号，进程收到信号后执行了sigcb函数。 

 sigaction函数

作用：捕捉一个指定信号，设定该信号的操作方法。

• #include <signal.h>                                                                                                            int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
• 第一个参数signum代表信号的取值。
• 第二个参数设定新的结构体（结构体中包含handle函数指针，与signal中的一致）
• 第三个参数输出原来的结构体

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

void sigcb(int sig)
{
    std::cout << "get a sig : " << sig << std::endl;
}

/*struct sigaction {
    void (*sa_handler)(int);
    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    sigset_t sa_mask;
    int sa_flags;
    void (*sa_restorer)(void);
}
*/

int main()
{
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = sigcb;
    sigaction(2, &act, nullptr);
    while (true)
    {
        std::cout << "process is running , pid : " << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

sigprocmask函数 

作用: sigprocmask函数用于检查或修改当前进程的信号屏蔽字（signal mask）

• #include <signal.h>                                                                                                          int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
• 第一个参数，操作标志，决定如何修改信号屏蔽字。有三个选项：                 SIG_BLOCK：把 set 指向的信号集中的信号添加到当前信号屏蔽字中。         SIG_UNBLOCK：从当前信号屏蔽字中移除 set 指向的信号集中的信号。     SIG_SETMASK：用 set 指向的信号集替换当前信号屏蔽字。
• const sigset_t *set：指向要修改的新信号集的指针。
• sigset_t *oldset：如果不为 NULL，则存储之前的信号屏蔽字。

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

void PrintfPending(sigset_t &pending)
{
    std::cout << "cur process pid : " << getpid() << "\n";
    std::cout << "pending signo :";
    for (int signo = 31; signo >= 1; signo--)
    {
        if (sigismember(&pending, signo))
        {
            std::cout << 1;
        }
        else
        {
            std::cout << 0;
        }
    }
    std::cout << "\n";
}

int main()
{
    signal(2, handler);

    sigset_t block_set, old_set;
    sigemptyset(&block_set);
    sigemptyset(&old_set);
    sigaddset(&block_set, 2);

    sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_set, &old_set);

    while (true)
    {
        sigset_t pending;
        sigpending(&pending);

        PrintfPending(pending);
        sleep(2);
    }
    return 0;
}