科林Linux_4 信号

#include <signal.h>

信号signal：Linux或Unix系统支持的经典的消息机制，用于处置进程，挂起进程或杀死进程

kill -l    #查看系统支持的信号

1~31 Unix经典信号（软件开发工程师）

32、33信号被系统隐藏，不对用户开放，供NPTL线程库使用

34~64 自定义信号/实时信号（驱动工程师）

Ctrl+C 系统帮你发送了 2)SIGINT信号。终端组合按键产生的信号，杀死唯一的前台终端进程。

一、系统中触发信号的几种方式：

1、终端组合按键触发信号

Ctrl+C SIGINT/2 终止进程        Ctrl+\ SIGQUIT/3 退出进程        Ctrl+Z SIGTSTP/20 挂起终端进程

jobs    #查看挂起的作业编号
fg 作业编号    #唤醒到前台

tty 终端 pts 虚拟终端

               D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)     不可中断的睡眠状态
               R (TASK_RUNNING)                正在运行，或在队列中的进程
               S (TASK_INTERRUPTIBLE)        可中断的睡眠状态
               T (TASK_STOPPED)                停止状态
               t (TASK_TRACED)                被跟踪状态
               Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)  退出状态，但没被父进程收尸，成为僵尸状态
               W                            进入内存交换（从内核2.6开始无效）
               X (TASK_DEAD - EXIT_DEAD)    退出状态，进程即将被销毁

               <    高优先级
               N    低优先级
               L    有些页被锁进内存
               s    包含子进程
               +    位于前台的进程组；
               l    多线程，克隆线程  multi-threaded (using CLONE_THREAD, like NPTL pthreads do)

 2、命令触发信号

kill -signo信号 pid进程号    #向任意进程发送任意信号

3、函数触发信号

kill(pid_t pid,int signo);    //向任意进程发送任意信号
raise(int signo);    //向当前进程发送任意信号
abort();    //向当前进程发送固定的SIGABRT/6信号

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>int main(int argc,char* argv[]){//支持命令，KILL signo pidif(argc<3){printf("pram error\n");exit(0);}kill(atoi(argv[2]),atoi(argv[1]));return 0;
}

4、硬件异常产生信号

违规访问使用硬件，导致信号杀死进程

1）如果进程非法操作内存，系统向其发送SIGSEGV/11杀死进程，错误信号为段错误

    char* str="hello";str[0]='H';    //只读内存的写操作

 2）如果进程出现cpu运算异常，系统向其发送SIGFPE/8杀死进程，错误为浮点数例外

    int b=0;    int a=8/b;    //除0

3）如果进程出现内存访问越界，系统向其发送SIGBUS/7杀死进程，错误为总线错误

    int* ptr=NULL;int fd=open("MapFile",O_RDWR);int size=lseek(fd,0,SEEK_END);ptr=mmap(NULL,size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);    //在使用mmap内存映射时,若"MapFile"是内容为空的新文件大小为0,没有与之对应的合法的物理页,mmap不能扩展，发生了越界访问//添加错误检测来防止总线错误if((ptr=mmap(NULL,size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0))==MAP_FAILED){//内存映射perror("mmap failed");exit(0);}

5、软件异常产生信号

可以使用某个组件，但是如果使用时触发软条件，系统会杀死进程（信号）

1）定时器alarm(10)，定时到时，系统向定时进程发送SIGALRM/14信号，默认杀死进程

    alarm(1);    //定时1s后杀死进程,返回“闹钟”

2）匿名管道读端关闭，写端向管道写数据，系统向写端发送SIGPIPE/13信号，杀死进程

二、信号的三大行为与处理动作：

信号的行为可以被修改，默认情况下为默认行为，但是可以改为忽略或捕捉（三选一）

1、默认行为SIG_DFL：默认五种处理动作（五选一）

（1）TERM 直接杀死进程（2）CORE 杀死进程并且转储核心（3）STOP 挂起进程（4）CONT 忽略/继续进程（5）IGN 忽略

每个信号都有自己的默认动作来处置进程，进程不是被挂起就是被杀死。只有动作为IGN的信号，不会处置进程。

可以通过信号结束进程的输出，分析其动作

2、忽略行为SIG_IGN：忽略行为没有处理动作，无法处置进程

3、捕捉行为SIG_ACTION：可以手写捕捉函数来自定义行为

void sig_do(int n);

信号捕捉可以让自定义的捕捉函数与信号绑定，以后触发此信号，系统就会去执行此函数 

可以用来设计实现条件触发的工作和任务，信号触发则执行，否则不执行。

修改信号行为

每个信号都有一个自己的信号行为结构体，修改信号行为要保留其原结构体，便于复位

    struct sigaction nact,oact;    //信号行为结构体act.sa_handler=SIG_DFL|SIG_IGN|函数指针;act.sa_flags=0;    //默认选项act.sa_mask;    //临时屏蔽字sigaciton(signo,&nact,&oact);    //替换信号行为结构体,act为新的,oact传出进程原有的

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>void sig_do(int n){printf("已经成功捕捉SIGINT,signo=%d\n",n);
}int main(){//void(*sa_handle)(int)struct sigaction act,oact;act.sa_handler=sig_do;act.sa_flags=0;sigemptyset(&act.sa_mask);//初始化sigaction(SIGINT,&act,&oact);//替换信号行为while(1)sleep(1);return 0;
}

三、三种让信号生效的方法：

1、信号忽略，将信号设置为忽略行为

2、信号捕捉，对信号进行捕捉设定，绑定捕捉函数

3、信号屏蔽：阻塞信号的传递

如果信号通过未决信号集，系统会将未决中对应的位设置为1，标记未决同时避免相同的信号同时处理。

如果未决为1，对应的信号直接丢弃，不处理

信号的处理不支持排队（经典信号不支持排队队列，但是自定义信号可以），最大处理1个

驱动开发软件需要支持排队，因为每个信号与功能绑定，功能需要排队处理。经典信号目的是为了杀死进程，处理一次即可，无需排队。

信号通过屏蔽字，从未决态切换为递达态，系统将未决的1设置回0。系统会对正在处理的信号的屏蔽字临时设为1，等待信号处理完将屏蔽字设回0（避免如果捕捉函数中使用全局资源，信号多次执行出现异常）相同信号同时触发，最大可以处理两个，一个正在处理，一个被屏蔽，其他被丢弃。

如果将某个信号对应的屏蔽字位设置为1，该信号被阻塞，不允许递达。

用户可以自行设置信号屏蔽字，实现阻塞信号的效果。

屏蔽方式与忽略与捕捉有很大的不同。忽略与捕捉吸纳后已经递达了并处理完成了，但是屏蔽属于延迟处理，信号没有消失。

信号屏蔽设置：

    sigset_t set;    //信号集类型sigemptyset(&set);    //初始化0sigfillset(&set);    //初始化1sigaddset(&set,signo);    //将某个特定信号位置设置为1sigdelset(&set,signo);    //将某个信号位设置0int sigismember(&set,signo);    //返回特定信号位的位码sigprocmask(SIG_SETMASK,&newset,&oldset);    //设置替换进程的信号屏蔽字

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>int main(){sigset_t set,oset;sigemptyset(&set);sigaddset(&set,SIGQUIT);sigprocmask(SIG_SETMASK,&set,&oset);while(1)sleep(1);return 0;
}

四、高级信号与普通信号

高级信号：只要发出必然递达，无法屏蔽捕捉忽略

SIGKILL/9 必然杀死

SIGSTOP/19 必然挂起

硬件异常的信号SIGSEGV SIGFPE SIGBUS，用户发出触发可以屏蔽，但是系统触发不可屏蔽

查看当前进程实时的信号情况，应该查看未决信号集

    sigpending(&pset);    //调用此函数，系统会传出当前进程的未决信号集

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>int main(){sigset_t set,oset,pset;sigemptyset(&set);sigaddset(&set,SIGINT);//2sigaddset(&set,SIGQUIT);//3sigaddset(&set,SIGSEGV);//11sigaddset(&set,SIGALRM);//14sigprocmask(SIG_SETMASK,&set,&oset);while(1){sigpending(&pset);//传出进程未决for(int signo=1;signo<32;signo++)printf("%d",sigismember(&pset,signo));printf("\n");sleep(1);}return 0;
}

信号的处理不是实时的

系统发出的信号在内核层，而程序运行在用户层

1.进程执行于用户层，串行执行主函数代码

2.信号发送到内核层，等待处理

3.满足切换条件，切换到内核层

触发上下文切换（cpu权限切换）的三种事件：系统调用、软件中断（时间片完）、异常

4.完成调用、处置中断、处置异常

5.在返回用户层前，检查是否有未递达信号，如果有则处理

6.发现捕获函数在用户层使用，系统使用指令直接执行捕捉函数，避免切换（执行捕捉函数，系统并没有降低权限，避免了开销）

7.执行完毕通过SIG_RETURN指令返回内核层

8.执行上下文切换，返回用户空间

9.主函数从暂停的位置继续执行

一般情况下，主函数率先执行，但是执行过程中触发信号，系统调用捕捉函数，捕捉函数永远比主函数先执行完

主函数运行时使用当前进程的时间片，捕捉函数调用时主函数暂停使用当前进程的时间片（一个进程的时间片资源只有一份）