Linux : 内核中的信号捕捉

目录

一 前言

 二 信号捕捉的方法

1.sigaction()​编辑

2. sigaction() 使用 

 三  可重入函数

四 volatile 关键字 

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一 前言

如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号。在Linux: 进程信号初识-CSDN博客 这一篇中已经学习到了一种信号捕捉的调用接口：signal(),为了深入理解操作系统内核中的信号捕获机制，我们今天再来看一个接口：sigaction()。

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 二 信号捕捉的方法

1.sigaction()

🍪： sigaction 作为一个系统调用，用于修改和/或查询信号的处理方式。相较于 signal 函数来说，它提供了对信号处理函数更精细的控制。

• int signum:该参数需要传入指定的进程信号，表示要捕捉的信号。
• const struct sigaction *act:该参数与函数同名，是一个结构体指针。

1. void (*sa_handler)(int)  ：此成员的含义其实就是自定义处理信号的函数指针;
2. void (*sa_sigcation)(int, siginfo_t *, void *)： 此成员也是一个函数指针. 但是这个函数的意义是用来 处理实时信号的, 本节不考虑分析。
3. sigset_t sa_mask： 此成员是一个信号集。
4. int sa_flags：此成员包含着系统提供的一些选项, 本篇文章使用中都设置为0
5. void (*sa_restorer)(void)：很明显 此成员也是一个函数指针. 但我们暂时不考虑他的意义.

也就是说我们暂时将该接口的第二个参数简单理解为一个结构体指针，并且结构体里有一个成员是用来自定义处理信号的。

• struct sigaction *oldact ：第三个参数是输出型参数，且其作用是获取 此次修改信号 struct sigaction之前的原本的 struct sigaction , 如果传入的是空指针，则不获取。  

2. sigaction() 使用 

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>using namespace std;//自定义处理动作
void handler( int signo)
{cout<<"get a signno: " <<signo<<endl;
}
int main()
{struct sigaction act,oact;act.sa_handler=handler;//函数指针，自定义处理动作act.sa_flags=0;sigisemptyset(&act.sa_mask);//初始化信号集sa.masksigaction(SIGINT,&act,&oact);while(true) sleep(1);return 0;}

运行结果：

 接下来我们对测试做一点修改

/其实就是相当于在handler中休眠了20s
//计时函数
void Count(int cnt)
{while(cnt){printf("cnt: %d\r",cnt);//\r回车fflush(stdout);//刷新缓冲区cnt--;sleep(1);}printf("\n");
}
//自定义处理动作
void handler( int signo)
{cout<<"get a signno: " <<"正在处理中"<<signo<<endl;Count(20);//休眠20s
}int main()
{struct sigaction act,oact;act.sa_handler=handler;//函数指针，自定义处理动作act.sa_flags=0;sigisemptyset(&act.sa_mask);//初始化信号集sa.masksigaction(SIGINT,&act,&oact);while(true) sleep(1);return 0;}

 运行结果：

 🍉:从运行结果我们可以看到，我们向进程发了大量2信号，但实际上进程只处理了几次（即20s处理一个信号）。当我们进行正在递达的某一个信号期间，同类信号无法递达，这是因为当前信号正在被捕捉时，系统会自动将当前信号加入到进程的信号屏蔽字。（block）

                   当信号完成捕捉动作，系统又会自动解除对该信号的信号屏蔽

当我们正在处理某一种信号的时候，我们也想屏蔽其他信号，我们可以利用  sigaction()函数中的一个参数 sa_mask，将额外想屏蔽的信号类型加入到sa_mask. 

int main()
{struct sigaction act,oact;act.sa_handler=handler;//函数指针，自定义处理动作act.sa_flags=0;sigisemptyset(&act.sa_mask);//初始化信号集sa.mask
这是修改部分/sigaddset(&act.sa_mask,3);//除了屏蔽2号我们也想屏蔽3号sigaction(SIGINT,&act,&oact);while(true) sleep(1);return 0;}

 小结：当某个信号的处理函数被调用时,内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字,当信号处理函数返回时自动恢复原来 的信号屏蔽字,这样就保证了在处理某个信号时,如果这种信号再次产生,那么 它会被阻塞到当前处理结束为止。 如果 在调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还希望自动屏蔽另外一些信号,则用sa_mask字段说明这些需 要额外屏蔽的信号,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。

🍎：：signal() 和sigaction() 比较: 正如上文所说 相较于 signal 函数来说，它提供了对信号处理函数更精细的控制。一个直观的表现，在调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还可以自动屏蔽另外一些信号。

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 三  可重入函数

可重入函数（Reentrant Function）是指可以在多线程环境中安全使用的函数，即这个函数可以被多个线程同时调用而不会导致数据错误或不一致。

下面用个例子解释一下：

一个进程中, 存在一个单链表结构. 并且此时需要执行一个节点的头插操作：

头插的操作就是：

node1->next = head;
head = node1;

如果在刚执行完第一步之后, 进程因为硬件中断或者其他原因 陷入内核了.

陷入内核之后需要回到用户态继续执行, 切换回用户态时 进程会检测未决信号, 如果此时刚好存在一个信号未决, 且此信号自定义处理.并且, 自定义处理函数动作也是一个新节点头插操作:

 那么此时, 就会执行 node2 的头插操作, 执行完毕的结果就是：

即, node2 成为了链表的第一个节点 head，信号处理完毕之后, 需要返回用户继续执行代码, 用户刚执行完 node1->next = head;   所以下面应该执行 head = node1;, 结果就成了这样：

结果就是, node2 无法被找到了.造成了内存泄漏问题。

那么造成这个结果的原因是什么？

是因为单链表的头插函数, 被不同的控制流调用了, 并且是在第一次调用还没返回时就再次进入该函数, 这个行为称为 重入

像例子中这个单链表头插函数, 访问的是一个全局链表, 所以可能因为重入而造成数据错乱, 这样的函数被称为 不可重入函数, 即此函数不能重入, 重入可能会发生错误

反之, 如果一个函数即使重入, 也不会发生任何错误，这样的函数被称为可重入函数. 

如果一个函数符合以下条件之一，则称为不可重入函数

调用了malloc和free。
调用了标准I/O库函数, 标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构

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四 volatile 关键字 

在之前学习C/C++的时候，我们就已经接触过这个关键字了，它的作用是防止编译器对该关键字修饰的变量的优化，确保每次访问这个变量时都直接从内存中读取，而不是使用可能存在的寄存器中的缓存值。

接下来我们用一个例子分析一下该关键字

   #include<stdio.h>#include<signal.h>int quit=0;void handler(int signo){printf(" %d 号信号:正在被捕捉\n",signo);printf("quit :%d",quit);quit=1;printf("->%d\n",quit);                                                  }int main(){signal(2,handler);//对2号信号进行捕捉while(!quit);//逻辑反，quit为0 !quit 为真   printf("我是正常退出的！\n");return 0;}  

接下来我们做个改动

 测试结果

 我们看到虽然quit 变为1了，但是  我是正常退出的这句话并没有打印出来也就是说                  while(!quit);

  printf("我是正常退出的！\n"); 这个while循环依然在运行，这是为什么呢?

:  我们使用了 -03 选项让编译器做出了优化 

🍪未优化前：

CPU访问数据时 会将数据从内存中拿到寄存器中. 然后再根据寄存器中的数据进行处理.所以在优化前，cpu一直在内存中读取quit值，main()和signal()是两个执行流，当2号信息传来的时候，signal()把quit的值改为1，main()执行流中cpu再次从内存读取quit的值时候已经变为1，跳出循环，所以打印了 我是正常退出的这句话。

🍪优化后： 

所以  volatile 关键字的作用就是保持内存可见性