Linux编程：信号

1.信号概念

　　信号是软件中断，很多比较重要的应用程序都需要信号处理。信号是一种进程之间或者内核与进程间异步通信的一种机制，例如：用户在终端键入中断键，会通过信号机制停止一个程序。

2.信号的共性

• 简单
• 不能携带大量信息
• 满足某个特设条件才发送

3.信号的机制

　　A给B发送信号，B 收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行，去处理信号，处理完毕再继续执行。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称为“软中断”。
　　信号的特质：由于信号是通过软件方法实现，其实现手段导致信号有很强的延时性。但对于用户来说，这个延迟时间非常短，不易察觉。

　　每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送，内核处理

4.与信号相关的事件和状态

　　产生信号：

• 按键产生：如：Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+/
• 系统调用产生：如：kill、raise、abort
• 软件条件产生：如：定时器 alarm
• 硬件异常产生：如：非法访问内存(段错误)、除 0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
• 命令产生：如：kill命令

　　递达：递送并且到达进程。

　　未决：产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

　　信号的处理方式：

• 执行默认动作(每一个信号都有默认的处理事件)
• 忽略
• 捕捉（调用户处理函数 ）

　　linux内核的进程控制块PCB是一个结构体，包含了信号相关信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。

　　阻塞信号集：将某系信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽x信号后，在收到该信号，该信号的处理将推后（解除屏蔽后）

　　未决信号集：信号产生，未决信号集中该信号位立刻反转1，表示信号处于未决状态。当信号被处理对应位反转为0.这一刻往往非长短暂。

5.信号四要素

　　在信号使用之前，要确定其四要素

　　编号、名称、事件、默认处理动作

6.信号的产生

• 终端按键产生信号
• 硬件异常产生信号
• kill函数/命令产生信号
  • 函数原型

    1 int kill(pid_t pid, int sig);  //成功：0；失败：-1，设置errno
    2 //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
    3 //pid > 0: 发送信号给指定的进程
    4 //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。
    5 //pid < 0: 取|pid|发给对应进程组。
    6 //pid = -1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程

     

  • kill命令产生信号：kill -SIGKILL pid
• 软件条件产生信号
  • alarm函数 ： 设置定时清。指定seconds后，内核会给当前进程发送SIGALRM信号，进程收到该信号，默认动作中止，每个进程都有且只有一个唯一定时器。

  • 1 unsigned int alarm(unsigned int seconds);    //返回 0 或剩余的秒数，无失败。

  • 使用time命令查看程序执行的时间　
    • time ./test
    • 实际执行时间=系统时间+用户时间+等待时间
    • time ./test > out
    • 结论：程序运行的瓶颈在于IO，优化程序，首选优化IO　
  • setitimer函数原型：设置定时器。可替代alarm函数。精度微秒，可以实现周期定时

  • 1 int setitimer (int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);    //成功：0；失败：-1，设置errno
    //which：指定定时方式（①自然定时：ITIMER_REAL）（②虚拟空间计时(用户空间)ITIMER_VIRTUAL）（③运行时计时(用户+内核)：ITIMER_PROF）
    //参数二：结构体设置间隔时间和单次时间
    //参数三：返回旧闹钟的剩余时间（传出参数）
    //it_value：结构体内部的参数：第一次触发信号的时间
    //it_interval：结构体内部的参数：用来设定两次定时任务之间间隔的时间（第二次和第一次 or 第三次和第二次之间的时间间隔）

　7.信号集操作函数+原理（重）

　　　　控制原理：内核通过读取未决信号集来判断信号是否应被处理。信号屏蔽字mask可以影响未决信号集。而我们可以再应用程序中自定义set来改变mask。以达到屏蔽指定信号的目的。(重点）　

　　

 

　　　　sigprocmask函数

　　　　　　作用：用来屏蔽信号、解除屏蔽也是用该函数。其本质，读取或修改进程的信号屏蔽字（PCB中）

　　　　　　

1 int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);   //成功：0；失败：-1，设置 errno
2 //set：传入参数，是一个位图，set 中哪位置 1，就表示当前进程屏蔽哪个信号。
3 //oldset：传出参数，保存旧的信号屏蔽集
4 //how 参数取值： 假设当前的信号屏蔽字为 mask
5 //SIG_BLOCK: 该进程新的信号屏蔽字是其当前信号屏蔽字和set指向信号集的并集。set包含了我们希望阻塞的附加信号。
6 //SIG_UNBLOCK: 该进程新的信号屏蔽字是其当前信号屏蔽字和set所指向信号集的补集的交集。set包含了我们希望解除阻塞的信号.
7 //SIG_SETMASK: 自定义set替换mask（mask表示系统自带的阻塞信号集）

　　　　sigpending函数

　　　　　　作用：读取当前进程的未决信号集

　　　　　　

1 int sigpending(sigset_t *set);    //set 传出参数。 返回值：成功：0；失败：-1，设置 errno

8.信号捕捉

signal函数

　　作用：注册一个信号捕捉函数（注册而非创建）

　　原型：

1 sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
2 typedef void (*sighandler_t)(int);//函数指针类型 需要注意的就是需要传入一个整形参数 不管用不用

sigaction函数

　　作用：修改信号处理动作（通常在Linux用来注册一个信号的捕捉函数）

　　原型：

1 int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
2 //act: 传入参数、新的处理方式
3 //oldact:  传出参数，旧的处理方式　　

 9.信号捕捉特性（重）

• 进程正常运行时，默认PCB中有一个信号屏蔽字，假定为✳，它决定了进程自动屏蔽那些信号。当注册了某个信号捕捉函数，捕捉到该信号后，要调用该函数。而该函数有可能执行很长时间，在这期间所屏蔽的信号不由✳来指定。而是用sa_mask来指定。调用完信号处理函数，在恢复为✳。
• xxx信号捕捉函数执行期间，xxx信号自动被屏蔽
• 阻塞的常规信号不支持排队、产生多次只记录一次。

10.内核实现信号捕捉过程

　　

 

 11.SIGCHLD信号

　　产生条件：

　　　　　　子进程中止时

　　　　　　子进程接收到SIGSTOP信号停止时

　　　　　　子进程处在停止态，接收到SIGCONT后唤醒时

　　借助该信号回收进程：

　　　　子进程结束运行，其父进程会收到 SIGCHLD 信号。该信号的默认处理动作是忽略。可以捕捉该信号，在捕捉函数中完成子进程状态的回收。