Linux系统编程-信号入门3
早，继续记录我的学习心得。
机械的练习：
只是埋头干！我一直在挥着球拍，努力去击球。我一直在看这道数学题，正试着解答。我一直在重复写代码，试图成为技术大牛。
有准确目的的练习:
意味着要比机械的练习更有目的性，考虑更周全，从而让自己变得更专注。
以玩模拟赛车 acc 为例，怎么样才算是有准确目的的练习：
比较明确的目标: 每天跑圈提升 0.5 秒。
更明确的目标: 过某个弯提升多少速度。
更更明确的目标：过某个弯时应在哪里刹车、应如何控制刹车/油门/方向盘，怎么走线等。
学以致用，明确一下本文的目的：
举例说明 Linux 不会对信号进行排队处理。
文末分享《自控力》里提到的一个提升自控力的小技巧：进行有效锻炼 (重点)。
正文目录：
一、待处理的信号 (Pending Signals)
1. 一个简单的例子 (sig_pending.c)
1) 分解代码
2) 运行效果
二、不对待处理的信号进行排队处理
1. 仍是那个简单的例子 (sig_pending.c)
1) 运行效果
2. 查看 Linux 内核里 Signal Pending 相关的实现 (非重点)
1) 相关数据结构
2) 信号的产生
3) 信号的传递
三、相关参考
四、如何高效地学习：了解自控力 (Self-control)
1. 此书的基本信息
2. 一个关于提高自控力的小技巧：锻炼身体
一、待处理的信号 (Pending Signals)
如果某进程接受了一个该进程正在阻塞 (blocking) 的信号，那么会将该信号填加到进程的 等待信号集 (set of pending signals) 中。当解除对该信号的阻塞时，会随之将信号传递给此进程。可以使用 sigpending() 确定进程中处于等待状态的是哪些信号。
$ man 2 sigpending
#include
int sigpending(sigset_t *set);
sigpending() 为调用进程返回处于等待状态的信号集，并将其置于参数 set 指向的 sigset_t 中。
1. 一个简单的例子 (sig_pending.c)
1) 分解代码:
1> main():
int main(void)
{
sigset_t newmask, oldmask, pendmask;
if (signal(SIGQUIT, sig_quit) == SIG_ERR)
err_sys("can't catch SIGQUIT");
/* Block SIGQUIT and save current signal mask. */
sigemptyset(&newmask);
sigaddset(&newmask, SIGQUIT);
if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0)
err_sys("SIG_BLOCK error");
/* SIGQUIT here will remain pending */
sleep(5);
if (sigpending(&pendmask) < 0)
err_sys("sigpending error");
if (sigismember(&pendmask, SIGQUIT))
printf("\nSIGQUIT pending\n");
/* Restore signal mask which unblocks SIGQUIT. */
if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
err_sys("SIG_SETMASK error");
printf("SIGQUIT unblocked\n");
/* SIGQUIT here will terminate with core file */
sleep(5);
exit(0);
}
main() 做了 5 件事：
设置 SIGQUIT 的信号处理函数;
屏蔽 SIGQUIT;
睡眠 5 秒，用于等待 SIGQUIT 信号;
睡眠结束，检测 SIGQUIT 是否处于 pending;
解除屏蔽 SIGQUIT;
注意：在设置 SIGQUIT 为阻塞时，我们保存了老的屏蔽字。为了解除对该信号的阻塞，用老的屏蔽字重新设置了进程信号屏蔽字。另一种方法是用 SIG_UNBLOCK 使阻塞的信号不再阻塞。如果编写一个可能由其他人使用的函数，而且需要在函数中阻塞一个信号，则不能用 SIG_UNBLOCK 简单地解除对此信号的阻塞，这是因为此函数的调用者在调用本函数之前可能也阻塞了此信号。
2> 信号处理函数 sig_quit():
static void sig_quit(int signo)
{
printf("caught SIGQUIT\n");
if (signal(SIGQUIT, SIG_DFL) == SIG_ERR)
err_sys("can't reset SIGQUIT");
}
2) 运行效果:
$ ./sig_pending
^\ // 按下 1 次 ctrl + \ (在5s之内)
SIGQUIT pending // 从 sleep(5) 返回后
caught SIGQUIT // 在信号处理程序中
SIGQUIT unblocked // 从sigprocmask() 返回
^\Quit (core dumped)
2 个值得注意的点：
信号处理函数是在 sigprocmask() unblock 信号返回之前被调用;
用 signal() 设置信号处理函数，信号被处理时，会将信号处置重置为其默认行为。要想在同一信号“再度光临”时再次调用该信号处理器函数，程序员必须在信号处理器内部调用signal()，以显式重建处理器函数，但是这种处理方式是不安全的，真实的项目里应使用 sigaction()，后续的文章会举例讲解。
二、不对待处理的信号进行排队处理
等待信号集只是一个掩码，仅表明一个信号是否发生，而未表明其发生的次数。换言之，如果同一信号在阻塞状态下产生多次，那么会将该信号记录在等待信号集中，并在稍后仅传递一次。后面会介绍实时信号，对实时信号所采取的是队列化管理。如果将某一实时信号的多个实例发送给一进程，那么将会多次传递该实时信号，暂不做深入介绍。
1. 仍是那个简单的例子 (sig_pending.c)
为了降低学习难度，跟前面的 Pending Signals 章节使用同一个例子，修改一下测试步骤：
$ ./sig_pending
^\^\^\ // 按下 3 次 ctrl + \ (在5s之内)
SIGQUIT pending // 从 sleep(5) 返回后
caught SIGQUIT // 只调用了一次信号处理程序
SIGQUIT unblocked // 从sigprocmask() 返回
^\Quit (core dumped)
第二次运行该程序时，在进程休眠期间产生了 3 次 SIGQUIT 信号，但是取消对该信号的阻塞后，系统只向进程传送了一次 SIGQUIT，从中可以看出在 Linux 系统上没有对信号进行排队处理。
2. 查看 Linux 内核里 Signal Pending 相关的实现 (非重点)
1) 相关数据结构
内核用 struct task_struct 来描述一个进程，struct task_struct 中信号相关的成员 (Linux-4.14)：
struct task_struct {
...
/* Signal handlers: */
struct signal_struct *signal;
struct sighand_struct *sighand;
sigset_t blocked;
sigset_t real_blocked;
/* Restored if set_restore_sigmask() was used: */
sigset_t saved_sigmask;
struct sigpending pending;
unsigned long sas_ss_sp;
size_t sas_ss_size;
unsigned int sas_ss_flags;
...
};
我们将注意力集中中 struct sigpending pending 上。struct sigpending pending 建立了一个链表，该链表包含了所有已经产生、且有待内核处理的信号，其定义如下:
struct sigpending {
struct list_head list;
sigset_t signal;
};
成员 struct list_head list 通过双向链表管理所有待处理信号，每一种待处理的信号对应双向链表中的 1 个 struct sigqueue 节点。
成员 sigset_t signal 是位图 (bit mask，或称位掩码)，它指定了仍然有待处理的所有信号的编号。某 1 bit = 1 表示该 bit 对应的信号待处理。sigset_t 所包含的比特位数目要 >= 所支持的信号数目。因此，内核使用了 unsigned long 数组来定义该数据类型：
typedef struct {
unsigned long sig[_NSIG_WORDS];
} sigset_t;
struct sigqueue 的定义如下：
struct sigqueue {
struct list_head list;
int flags;
siginfo_t info;
...
};
siginfo_t 用于保存信号的额外信息，暂时不用关心。
注意：在 struct sigpending 链表中，struct sigqueue 对应的是一种类型的待处理信号，而不是某一个具体的信号。
示意图：
2) 信号的产生
当给进程发送一个信号时，这个信号可能来自内核，也可能来自另外一个进程。
内核里有多个 API 能产生信号，这些 API 最终都会调用 send_signal()。我们重点关注信号是何时被设置为 pending 状态的。
linux/kernel/signal.c:
send_signal()
__send_signal()
struct sigqueue *q = __sigqueue_alloc();
list_add_tail(&q->list, &pending->list); // 将待处理信号添加到 pending 链表中
sigaddset(&pending->signal, sig); // 在位图中将信号对应的 bit 置 1
complete_signal(sig, t, group);
signal_wake_up();
send_signal() 会分配一个新的 struct sigqueue 实例，然后为其填充信号的额外信息，并添加到目标进程的 sigpending 链表且设置位图。
如果信号成功发送，没有被阻塞，就可以用 signal_wake_up() 唤醒目标进程，使得调度器可以选择目标进程运行。
3) 信号的传递：
这些知识放在这篇文章里已经完全超纲了，如果将所有的细节都暴露出来会让初学者感到极度的困惑。
所以，我们只迈出一小步，将仅剩的一点注意力集中在内核在执行信号处理函数前是如何处理 pending 信号的。
在每次由内核态切换到用户态时,内核都会进行信号处理，最终的效果就是调用 do_signal() 函数。
linux/kernel/signal.c:
do_signal()
get_signal()
dequeue_signal(current, ¤t->blocked, &ksig->info);
handle_signal()
signal_setup_done();
signal_delivered();
dequeue_signal() 是关键点：
dequeue_signal()
int sig = next_signal(pending, mask);
collect_signal(sig, pending, info, resched_timer);
sigdelset(&list->signal, sig); // 取消信号的 pending 状态
list_del_init(&first->list); // 删除 pending 链表中的 struct sigqueue 节点
copy_siginfo(info, &first->info);
handle_signal() 会操作进程在用户态下的栈,使得在从内核态切换到用户态之后运行信号处理程序,而不是正常的程序代码。
do_signal() 返回时，信号处理函数就会被执行。
三、相关参考
《Unix 环境高级编程-第10章 信号》
《Linux/Unix 系统编程手册-第20章 信号：基本概念》
《Linux 系统编程-第10章 信号》
《Linux 程序设计-第11章 进程和信号》
《深入理解 Linux 内核 第11章 信号》
《深入 Linux 内核架构 5.4.1信号》
《Linux 内核源代码情景分析 6.4信号》
四、如何高效地学习：了解自控力 (Self-control)
最近我在阅读一本书：《自控力-斯坦福大学最受欢迎心理学课程》，推荐大家阅读。
1. 该书的基本信息:
基本信息：
作者: [美] 凯利·麦格尼格尔 / [美] 凯利·麦格尼格尔
出版社: 文化发展出版社(原印刷工业出版社)
出品方: 磨铁图书
副标题: 斯坦福大学最受欢迎心理学课程
原作名: The Willpower Instinct:How Self-control Works,Why it Matters,and What You Can do to Get More of It
译者: 王岑卉
出版年: 2012-8
页数: 263
定价: 39.80元
装帧: 平装
ISBN: 9787514205039
豆瓣评分 8.2 45433人评价
作者：
凯利•麦格尼格尔教授 (Kelly McGonigal, Ph.D.) 是斯坦福大学备受赞誉的心理学家，也是医学健康促进项目的健康教育家。她为专业人士和普通大众开设的心理学课程，包括“意志力科学” (The Science of Willpower) 和“在压力下好好生活” (Living Well with Stress) ，都是斯坦福大学继续教育学院历史上最受欢迎的课程。
目录：
01 我要做，我不要，我想要：什么是意志力？为什么意志力至关重要？
02意志力的本能： 人生来就能抵制奶酪蛋糕的诱惑
03累到无力抵抗：为什么自控力和肌肉一样有极限？
04容忍罪恶：为何善行之后会有恶行？
05大脑的弥天大谎： 为什么我们误把渴望当幸福？
06 “那又如何”：情绪低落为何会使人屈服于诱惑？
07出售未来：及时享乐的经济学
08传染：为什么意志力会传染？
09别读这章：“我不要”力量的局限性
书的内容挺好的，但是我个人认为章节名起得有点不好，降低了阅读欲望。
2. 一个关于提高自控力的小技巧：锻炼身体
提高自控力的 “神药”：
锻炼身体。
这听上去挺操蛋的，大多数人就是想要更多的自控力来促使自己锻炼身体，这里反而要求通过锻炼身体来提升自控力。别急，下面这个关于有效锻炼的观点就有点意思了：
什么样的锻炼最有效: 你愿意去做的锻炼。
如果你设定了一个目标，但一周都坚持不下来的话，那是毫无意义的。而且，对于究竟要锻炼多久，科学研究也没有达成共识。2010年，一项针对10个不同研究的分析发现，改善心情、缓解压力的最有效的锻炼是每次5分钟，而不是每次几小时。
某些科学家认为：5 分钟的 “绿色锻炼” 就能减缓压力、改善心情、提高注意力、增强自控力 。任何能让你走到室外、回到大自然怀抱中的活动，都是绿色锻炼。
如果你坚信自己不适合运动，就把运动的定义扩大一些：
只要是不是坐着的且不在吃垃圾食品的活动就可以认为是在运动，例如扫地、散步、逛街。
鉴于大多数人的注意力无法在一篇文章里上集中太久，更多的内容请大家自行去阅读吧，不是自己理解到的东西是消化不了的。有机会的话我会把更多的读书心得放在后面的文章。
你和我各有一个苹果，如果我们交换苹果的话，我们还是只有一个苹果。但当你和我各有一个想法，我们交换想法的话，我们就都有两个想法了。如果你也对 嵌入式系统和开源软件 感兴趣，并且想和更多人互相交流学习的话，请关注我的公众号：嵌入式系统砖家，一起来学习吧，无论是 关注或转发 , 还是赏赐，都是对作者莫大的支持，谢谢 各位的大拇指「在看」 吧,，祝工作顺利，家庭和睦~