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Agnes001
2022-07-05

信号

中断键(interrupt key, Delete 或 Ctrl+C) 退出键(quit key, Ctrl+)

# 信号相关概念

#查看信号1~31为非实时信号，34~64为实时信号
kill -l 
#查看信号说明
man 7 signal

# 信号的状态

  • 产生 按键、系统调用、命令、软件条件、硬件条件
  • 未决状态(没有被处理的状态，等待被进程处理)
  • 递达(递送并且到达进程)

# 信号的处理方式:

  1. 执行默认动作
  2. 忽略(丢弃)
  3. 捕捉(调用户处理函数)

# 信号的特质

信号的实现手段导致信号有很强的延时性，但对于用户来说，时间非常短，不易察觉。 Linux内核的进程控制块PCB是一个结构体，task_struct, 除了包含进程id，状态，工作目录，用户id，组id，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。

  1. 阻塞信号集(信号屏蔽字)： 将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽x信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后(解除屏蔽后)
  2. 未决信号集:
  • 信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为0。这一时刻往往非常短暂。
  • 信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。

警告

  1. SIGKILL 和19) SIGSTOP信号，不允许屏蔽、忽略和捕捉，只能执行默认动作。

信号是由内核产生发送的，信号的优先级比较高，进程收到信号之后，暂停正在处理的工作，优先处理信号，处理完成之后再继续暂停的工作。

# 产生信号函数

# kill函数/命令产生信号

kill命令产生信号：kill -SIGKILL 进程ID kill函数：给指定进程发送指定信号(不一定杀死)

//成功：0；失败：-1 (ID非法，信号非法，普通用户杀init进程等权级问题)，设置errno
int kill(pid_t pid, int sig);	 
//sig：不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致。
//pid > 0:  发送信号给指定的进程。
//pid = 0:  发送信号给与调用kill函数进程属于同一进程组的所有进程。
//pid < -1:  取 |pid| 发给对应进程组。
//pid = -1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程。
//进程组：每个进程都属于一个进程组，进程组是一个或多个进程集合，他们相互关联，共同完成一个实体任务，每个进程组都有一个进程组长，默认进程组ID与进程组长ID相同。
//权限保护：super用户(root)可以发送信号给任意用户，普通用户是不能向系统用户发送信号的。 kill -9 (root用户的pid)  是不可以的。同样，普通用户也不能向其他普通用户发送信号，终止其进程。 只能向自己创建的进程发送信号。普通用户基本规则是：发送者实际或有效用户ID == 接收者实际或有效用户ID

//kill(getppid(), SIGKILL);

# raise和abort系统函数

  • raise 函数：给当前进程发送指定信号(自己给自己发) raise(signo) == kill(getpid(), signo); int raise(int sig); 成功：0，失败非0值
  • abort 函数：给自己发送异常终止信号 6) SIGABRT 信号，终止并产生core文件 void abort(void); 该函数无返回

# 软件条件产生信号

# alarm函数

设置定时器(闹钟)。在指定seconds后，内核会给当前进程发送14）SIGALARM信号。进程收到该信号，默认动作终止。 每个进程都有且只有唯一的一个定时器。 unsigned int alarm(unsigned int seconds); 返回0或剩余的秒数，无失败。 常用：取消定时器alarm(0)，返回旧闹钟余下秒数。 例：alarm(5) → 3sec → alarm(4) → 5sec → alarm(5) → alarm(0) 定时，与进程状态无关(自然定时法)！就绪、运行、挂起(阻塞、暂停)、终止、僵尸...无论进程处于何种状态，alarm都计时。

//练习：编写程序，测试你使用的计算机1秒钟能数多少个数。		
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
	int i;
	alarm(1);

	for(i = 0; ; i++)
		printf("%d\n", i);

	return 0;
}

使用time命令查看程序执行的时间。程序运行的瓶颈在于IO，优化程序，首选优化IO。 time ./a.out //实际执行时间 = 系统时间 + 用户时间 + 等待时间

# setitimer函数

设置定时器(闹钟)。 可代替alarm函数。精度微秒us，可以实现周期定时。

//成功：0；失败：-1，设置errno
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);	
//参数：which：指定定时方式
//	① 自然定时：ITIMER_REAL → 14）SIGLARM				 		计算自然时间
//	② 虚拟空间计时(用户空间)：ITIMER_VIRTUAL → 26）SIGVTALRM  	 只计算进程占用cpu的时间
//	③ 运行时计时(用户+内核)：ITIMER_PROF → 27）SIGPROF		 计算占用cpu及执行系统调用的时间

struct itimerval{
  struct timeval it_interval; //定时器循环周期
  struct timeval it_value;    //第一次触发定时器的时间
};

struct timeval{
  time_t tv_sec;        //seconds
  suseconds_t tv_usec;  //microseconds
};

# 终端按键产生信号

Ctrl + c → 2) SIGINT（终止/中断） "INT" ----Interrupt Ctrl + z → 20) SIGTSTP（暂停/停止） "T" ----Terminal 终端。 Ctrl + \ → 3) SIGQUIT（退出）

# 硬件异常产生信号

除0操作 → 8) SIGFPE (浮点数例外) "F" -----float 浮点数。 非法访问内存 → 11) SIGSEGV (段错误) 总线错误 → 7) SIGBUS

# 信号集操作函数

信号产生，信号处于未决状态，进程收到信号之后，信号被放入未决信号集；放入未决信号集中信号等待处理，再处理之前需要做意见事情，判断阻塞信号集中该信号对应的标志位是否为1，如果为1，不处理，如果为0，则处理该信号；当阻塞信号集中该信号对应的标志位为0时，该信号被处理。

# 自定义信号集设定

//将某个信号集清0		 		成功：0；失败：-1，设置errno
int sigemptyset(sigset_t *set);			
//将某个信号集置1		  		成功：0；失败：-1，设置errno
int sigfillset(sigset_t *set);		
//将某个信号加入信号集合中  	成功：0；失败：-1，设置errno		
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);	
//将某信号从信号清出信号集   	成功：0；失败：-1，设置errno
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);		
//判断某个信号是否在信号集中：在：1；不在：0；出错：-1，设置errno
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
//除sigismember外，其余操作函数中的set均为传出参数。sigset_t类型的本质是位图。但不应该直接使用位操作，而应该使用上述函数，保证跨系统操作有效。
//对比认知select 函数。

# sigprocmask函数

用来屏蔽信号、解除屏蔽也使用该函数。其本质，读取或修改进程控制块中的信号屏蔽字。 严格注意，屏蔽信号：只是将信号处理延后执行(延至解除屏蔽)；而忽略表示将信号丢弃处理。 将自定义信号集设置给内核阻塞信号集

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);	成功：0；失败：-1，设置errno
// 参数：
// 		set：传入参数，是一个自定义信号集合。由参数how来指示如何修改当前信号屏蔽字。
// 		oldset：传出参数，保存旧的信号屏蔽字。
// 		how参数取值：假设当前的信号屏蔽字为mask
// 1.	SIG_BLOCK: 当how设置为此值，set表示需要屏蔽的信号。相当于 mask = mask|set
// 2.	SIG_UNBLOCK: 当how设置为此，set表示需要解除屏蔽的信号。相当于 mask = mask & ~set
// 3.	SIG_SETMASK: 当how设置为此，set表示用于替代原始屏蔽及的新屏蔽集。相当于mask = set若，调用sigprocmask解除了对当前若干个信号的阻塞，则在sigprocmask返回前，至少将其中一个信号递达。

# sigpending函数

读取当前进程的未决信号集 int sigpending(sigset_t *set); set传出参数。 返回值：成功：0；失败：-1，设置errno 练习：编写程序。把所有常规信号的未决状态打印至屏幕。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void printset(sigset_t *ped)
{
	int i;
	for(i = 1; i < 32; i++){
		if((sigismember(ped, i) == 1)){
			putchar('1');
		} else {
			putchar('0');
		}
	}
	printf("\n");
}

int main(void)
{
	sigset_t set, ped;
#if 1
	sigemptyset(&set);
	sigaddset(&set, SIGINT);
#else
	sigaddset(&set, SIGSEGV);
	sigaddset(&set, SIGKILL);
	sigaddset(&set, SIGQUIT);
	sigfillset(&set);
#endif
	sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);	//不获取原屏蔽字

	while (1) {
		sigpending(&ped);               //获取未决信号集
		printset(&ped);
		sleep(1);
	}

	return 0;
}

# 信号捕捉

# signal函数

//注册一个信号捕捉函数：
typedef void (*sighandler_t)(int);
//成功：返回函数指针；失败：返回SIG_ERR，设置errno
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); 
//该函数由ANSI定义，由于历史原因在不同版本的Unix和不同版本的Linux中可能有不同的行为。因此应该尽量避免使用它，取而代之使用
sigaction函数。
void (*signal(int signum, void (*sighandler_t)(int))) (int);
能看出这个函数代表什么意思吗？  注意多在复杂结构中使用typedef。

# sigaction函数

//修改信号处理动作（通常在Linux用其来注册一个信号的捕捉函数）
//成功：0；失败：-1，设置errno
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);  
// 参数：
// act：传入参数，新的处理方式。
// oldact：传出参数，旧的处理方式。
// struct sigaction {
// 		void     (*sa_handler)(int);
// 		void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
// 		sigset_t   sa_mask;
// 		int       sa_flags;
// 		void     (*sa_restorer)(void);
// };
// sa_restorer：该元素是过时的，不应该使用，POSIX.1标准将不指定该元素。(弃用)
// sa_sigaction：当sa_flags被指定为SA_SIGINFO标志时，使用该信号处理程序。(很少使用)  
// 重点掌握：
// ① sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名(即注册函数)。也可赋值为SIG_IGN表忽略 或 SIG_DFL表执行默认动作
// ② sa_mask: 调用信号处理函数时，所要屏蔽的信号集合(信号屏蔽字)。注意：仅在处理函数被调用期间屏蔽生效，是临时性设置。
// ③ sa_flags：通常设置为0，表使用默认属性。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

/*自定义的信号捕捉函数*/
void sig_int(int signo)
{
	printf("catch signal SIGINT\n");//单次打印
  sleep(10);
  printf("----slept 10 s\n");
}

int main(void)
{
	struct sigaction act;		

	act.sa_handler = sig_int;
	act.sa_flags = 0;
	sigemptyset(&act.sa_mask);		//不屏蔽任何信号
  sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);

	sigaction(SIGINT, &act, NULL);

  printf("------------main slept 10\n");
  sleep(10);

	while(1);//该循环只是为了保证有足够的时间来测试函数特性

	return 0;
}
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