[linux]进程信号（信号的概念，信号的产生方式，信号的相关接口、指令，函数，信号怎么保存（原理），信号怎么处理）

news/发布时间2024/5/15 7:01:02

一、信号的概念

二、信号的产生方式

通过键盘发送信号

通过系统调用，指令

异常

软件条件

三、信号怎么保存（原理）

信号其他相关常见概念

在内核中表示

sigset_t

四、信号的相关接口、指令，函数

signal

sigprocmask

sigpending

sigemptyset

sigfillset

sigaddset

sigdelset

sigismember

sigaction

五、信号怎么处理

信号什么时候被处理？

信号的捕捉图

一、信号的概念

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

在linux中通过指令：kill -l 可以查看信号列表

二、信号的产生方式

通过键盘发送信号

如常用的ctrl + c就是向前台进程发送2号信号（SIGINT）

通过系统调用，指令

如：

kill -2 1234，意思是向pid为1234的进程发送2号信号

或者

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

作用：向指定pid的进程发送sig信号

返回值：如果成功(至少发送了一个信号)，则返回0。如果出现错误，则返回-1，并适当地设置errno

异常

硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核,然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除以0的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释为SIGFPE（8号）信号发送给进程。再比如当前进程访问了非法内存地址,,MMU会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV（11号）信号发送给进程。

软件条件

例如：

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
调用alarm函数可以设定一个闹钟（闹钟也是一种软件条件）,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM（14号）信号, 该信号的默认处理动作是终止当前进程。这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。

三、信号怎么保存（原理）

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。

在内核中表示

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。

四、信号的相关接口、指令，函数

signal

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

功能：对信号进行自定义捕捉

参数：

signum：信号，如2号信号就填2或者SIGINT，注意：SIGKILL（9号）0和SIGSTOP（19号）不可忽略和自定义捕捉

handler：一个函数指针，函数内容为自定义的操作

返回值：成功返回自定义的函数指针，失败返回SIG_ERR。

使用例子：

#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#include <iostream>
using namespace std;
void handler(int signo)
{while (1){cout << "我是" << signo << "号信号,我被自定义捕捉了" << endl;sleep(1);}
}
int main()
{cout << getpid() << endl;signal(2, handler);while (1){cout << "我没有被自定义捕捉" << endl;sleep(1);}return 0;
}

sigprocmask

#include <signal.h>

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
功能：读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集，其存储结构为位图)

参数：

how：读取或更改方式

有三种选择：

假设当前的信号屏蔽字为mask。

SIG_BLOCK：set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号，相当于mask=mask|set
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，相当于mask=mask&~set
SIG_SETMASK：设置当前信号屏蔽字为set所指向的值，相当于mask=set

set：如果set不为非空指针，则按照set更改进程的屏蔽字

oldset：如果set和oldset都不为非空指针，则把先前信号的屏蔽字备份给oldset，再更改进程的屏蔽字，如果不许要备份先前信号的屏蔽字，则此参数设为nullptr

sigpending

#include <signal.h>

int sigpending(sigset_t *set);

功能：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。

sigemptyset

sigfillset

sigaddset

sigdelset

sigismember

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set);

int sigfillset(sigset_t *set);

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);

功能：

sigemptyset()将set给出的信号集初始化为空，将所有信号从该集合中排除。

sigfillset()初始化set为full（比特位全为1），包括所有信号。

sigaddset()和sigdelset()分别从set中添加和删除信号符号。

sigismember()测试sigum是否是set的成员。

set：阻塞信号集

返回值：

sigemptyset()、sigfillset()、sigaddset()和sigdelset()成功时返回0，错误时返回-1。

sigismember()如果signum是set的成员返回1，如果signum不是set的成员返回0，如果出错返回-1。当出现错误时，这些函数设置errno来指示原因。

上面函数的综合使用例子

#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
using namespace std;void printsigset(sigset_t *s)
{for (int i = 31; i > 0; i--){if (sigismember(s, i)){cout << "1";}else{cout << "0";}}cout << endl;
}
int main()
{sigset_t s, p, o;sigemptyset(&s);for (int i = 1; i < 32; i++){sigaddset(&s, i);sigprocmask(SIG_BLOCK, &s, &p);cout << "前" << ": ";printsigset(&p);cout << "后" << ": ";printsigset(&s);sleep(2);}return 0;
}

解释代码

结果：1到31号信号都被阻塞（实际上9号和19号信号无法阻塞），以位图的形式打印出来

sigaction

#include <signal.h>

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

解释：

sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作。调用成功则返回0, 出错则返回- 1。signum是指定信号的编号。若act指针非空,则根据act修改该信号的处理动作。若oldact指针非空,则通过oldact传出该信号原来的处理动作。act和oldact指向sigaction结构体。

sigaction结构体：

struct sigaction

{

void (*sa_handler)(int);

void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);

sigset_t sa_mask;

int sa_flags;

void (*sa_restorer)(void);

};

例子：

使用sigaction函数自定义SIGINT信号的处理方式。要求：自定义处理函数名称为“sigcb”, 在sigcb当中完成打印信号值。

#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
using namespace std;void sigcb(int signo)
{while (1){cout << "我是" << signo << "号信号, 我被自定义处理了" << endl;sleep(2);}
}
int main()
{struct sigaction act;act.sa_handler = sigcb;sigaction(SIGINT, &act, NULL);while (1){cout << "我没有被自定义捕捉" << endl;sleep(2);}
}

结果：