Linux--信号

一：信号

1.基本概念

• 信号是操作系统通知某个进程有异常或有某种事件发生的通知机制。
  通知机制：是以通知事件发生为目的。
  通信机制：是以传输数据为目的。
  
  • kill -l查看信号，编号为1-31为普通信号，34-64为实时信号。我们现在只研究普通信号

1.信号产生的方式

• 由硬件组合键产生(ctrl+c(2号信号)、ctrl+(3号信号))–只能发给前台进程。
• 由硬件异常产生(cpu除0，内存野指针)
• 命令、接口操作系统产生。
• 由软件条件产生(sigpipe读端不读还关闭读端，写端一直写)

注：不论是什么产生的信号，发送信号最后一定时操作系统，因为操作系统是进程管理者。

2.如何理解操作系统给一个进程发信号？

• 本质就是操作系统修改了目标进程PCB中的pending表的对应比特位。

3.处理信号

• 进程不是在收到信号时立即处理信号，而是先在pending表中记录，等到合适的时候再去处理。合适的时候，就是当进程从内核态返回到用户态时，要对信号信息检测并处理。
• 简单来说，一个进程在执行系统调用时就处于内核态。

4.信号递达的方式

• 默认
• 忽略
• 自定义(信号捕捉)：9号信号不能被捕捉。
  

5.信号在内核中的表示示意图

二：信号衍生概念

1.core dump(核心转储)：

• 一个进程要异常终止时，可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上，文件名通常为core， 这叫做 core dump。系统默认是不允许产生core文件的，因为文件中可能包含用户密码等敏感信息，不安全。但是开发人员可以在开发调试阶段用ulimit命令改变这个限制，允许产生core文件。
  ulimit -a 查看core文件大小
  ulimit -c 1024 改变core文件大小

2.可重入函数：

• 正在执行main函数执行流的时候，j假设main函数正在调用insert方法(向全局链表中头插节点)，节点还没有插入成功，main函数执行流可能-因为中断、异常或者系统调用而从用户态进入内核态，当从内核态返回到用户态时，要对信号信息进行检测和处理，假设这里的处理方式为信号捕捉，那么这里返回至用户态就去执行handler函数，而不是回到主控制流程，这里就可能有两个执行流。假设handler函数也调用了insert方法，insert函数被不同的控制流程调用，有可能在第一次调用还没返回时就再次进入该函数，这称为重入，insert函数访问一个全局链表，有可能因为重入而造成错乱，像这样的函数称为不可重入函数，反之，如果一个函数只访问自己的局部变量或参数，则称为可重入函数。
• 一个函数如果符合下面条件之一则不是可重入函数
  （1）调用了malloc或free，因为malloc也是用全局链表来管理堆的。
  （2）调用标准I/O库函数。

3.volatile(保证内存可见性)

• 因为信号可能会产生多执行流，有可能因为编译器优化，产生数据二意性问题。
  gcc的优化选项：
  
  
• 正常情况，上面的代码在接收到2号信号后会因为信号捕捉，hanler方法里面改变了flag的值导致while循环退出而结束。结果如下：
  

但是有的编译器会对代码进行优化，因为这里对flag一直在做判断，每次从内存上拿数据太麻烦，所以这里就在寄存器上存了一份数据，当收到2号信号时，只是改变了flag在内存上的值，但是判断读取的值在寄存器上，所以为了保证内存数据的可见性，用volatile。

4.SIGCHLD信号：

• 子进程在终止时会给父进程发SIGCHLD信号，该信号的默认处理动作是忽略，父进程可以自定义。可以用于回收多个子进程。
  

• 父进程调用sigaction将SIGCHLD的处理动作置为SIG_IGN，这样fork出的子进程子终止时会自动清理掉，不会产生僵尸进程，也不会通知父进程，系统默认的忽略动作和用户用sigaction函数自定义的忽略通常时没有区别的，但是这是一个特例。此方法对于Linux可用。
  
  5.竞态条件：

• 由于异步事件在任何时候都有可能发生(这里的异步事件指出现更高优先级的进程)，如果我们写程序是考虑不周全，就有可能由于时序问题而导致错误，这叫做竞态条件。

• 小案列：mysleep
  
• main函数为一个执行流，可能因为中断、异常、系统调用等从用户态进入到内核态，在从内核态返回到用户态时，会对信号信息进行检测和处理，这里可能就会因为闹钟时间到了处理闹钟信号，因为闹钟信号处理方式为信号捕捉，所以会从内核态返回到用户态去执行另一个执行流(hanler)，在执行完handler后准备返回时，可能会被”切出去”，再回来时因为已经处理完alarm信号，但是又没有被pause收到，所以可能会造成进程永久挂起。这里我们可以在调用pause之前屏蔽SIGALARM信号使它不能提起递达，但是这里必须保证“接触信号屏蔽”和“挂起等待信号(pause)”这两部合并成为一个原子操作。

int sigsuspend(const sigset_t *sigmask):

三：有关函数

1.

• sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);//用来捕捉信号，第一个参数为要捕捉的信号编号，第二个参数为函数指针。
• int kill(pid_t pid, int sig);//给任意进程发送任意信号。
• int raise(int sig);//给自己发送任意信号
• unsigned int alarm(unsigned int seconds);//设置一个闹钟，告诉内核在seconds秒忠厚想当前进程发送SIGALRM信号，该信号默认处理动作是终止当前进程。//I/O严重影响程序的性能

2.信号集操作函数

• int sigemptyset(sigset_t *set);//清空
• int sigfillset(sigset_t *set);//填充，使其中所有信号对应bit置位，表示该信号集的偶小信号包括系统支持的所有信号。
• int sigaddset(sigset_t *set, int signum);//添加信号
• int sigdelset(sigset_t *set, int signum);//删除信号
• int sigismember(const sigset_t *set, int signum);//判断一个信号是否在

3.sigprocmask

• 作用：可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)–操控进程block表
• int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);//第一个参数有三个选项，SIG_BLOCK向阻塞信号集中添加信号，SIG_UNBLOCK从当前阻塞信号集中删除信号，SIG_SETMASK设置新的阻塞信号。第二个参数为信号集，第三个参数为保存旧的信号集，不想保存设置为NULL。

• int sigpending(sigset_t *set);//获取当前进程的未决信号集，通过set参数传出。成功返回0，失败-1.
  修改进程pending表就是发信号。
  
  

• int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);//与signal作用相同，可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作。

 struct sigaction {
               void     (*sa_handler)(int);//自定义的处理方法，为函数指针
               void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
               sigset_t   sa_mask;//说明这些需要额外屏蔽的信号
               int        sa_flags;//通常设置为0
               void     (*sa_restorer)(void);//
           };

- int pause(void);//pause函数使调用进程挂起直到偶信号递达。pause只有出错(信号处理的动作使捕捉)的返回值。