linux系统学习之路（三）
文章目录
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- 信号的机制
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- 与信号相关的事件和状态
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- 阻塞信号集和未决信号集
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- raise 和abort
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- 时钟产生信号
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- alarm
- setimmer使用
- setitimer实现alarm
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- 信号集操作函数
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- sigprocmask函数
- sigpending函数
- 打印未决信号集
- sigaction捕捉setitimer产生信号
- sigaction特性演示
- 内核实现信号捕捉过程：
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- 利用SIGCHLD回收子进程
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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的，内核处理。
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,setitimer
- 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)
信号的状态： - 命令产生，如：kill命令
- 递达：信号到达并且处理完
- 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:
8. 执行默认动作
9. 忽略(丢弃)
10. 捕获(调用户处理函数)
9号，19号信号不能捕捉，不能忽略，甚至不能阻塞。
信号的4要素：
1.编号
2.事件
3.名称
4.默认处理动作1.忽略2.终止3.终止+core4.暂停5.继续
信号的特点：
1.简单2.不能携带大量信息3.特定条件下产生
阻塞信号集和未决信号集
阻塞信号集(信号屏蔽字)： 将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽x信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后
未决信号集:
- 信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为0。这一时刻往往非常短暂。
- 信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。
信号的产生：
终端按键产生信号
Ctrl + c → 2) SIGINT（终止/中断） “INT” ----Interrupt
Ctrl + z → 20) SIGTSTP（暂停/停止） “T” ----Terminal 终端。
Ctrl + \ → 3) SIGQUIT（退出）
硬件异常产生信号
除0操作 → 8) SIGFPE (浮点数例外) “F” -----float 浮点数。
非法访问内存 → 11) SIGSEGV (段错误)
总线错误 → 7) SIGBUS
kill函数/命令产生信号
kill命令产生信号：kill -SIGKILL pid
kill函数：给指定进程发送指定信号(不一定杀死)
int kill(pid_t pid, int sig); 成功：0；失败：-1 (ID非法，信号非法，普通用户杀init进程等权级问题)，设置errno
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。
pid > 0: 发送信号给指定的进程。
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。
pid < -1: 取|pid|发给对应进程组。
pid = -1：发送给有权限发送的系统中所有进程。
进程组：每个进程都属于一个进程组，进程组是一个或多个进程集合，他们相互关联，共同完成一个实体任务，每个进程组都有一个进程组长，默认进程组ID与进程组长ID相同。
权限保护：super用户(root)可以发送信号给任意用户，普通用户是不能向系统用户发送信号的。 kill -9 (root用户的pid) 是不可以的。同样，普通用户也不能向其他普通用户发送信号，终止其进程。 只能向自己创建的进程发送信号。
raise 和abort
raise和abort函数
1.raise 函数：给当前进程发送指定信号(自己给自己发) raise(signo) == kill(getpid(), signo);
int raise(int sig); 成功：0，失败非0值
2.abort 函数：给自己发送异常终止信号 6) SIGABRT 信号，终止并产生core文件
void abort(void); 该函数无返回
时钟产生信号
alarm
设置定时器(闹钟)。在指定seconds后，内核会给当前进程发送14）SIGALRM信号。进程收到该信号，默认动作终止。
unsigned int alarm(unsigned int seconds); 返回0或剩余的秒数，无失败。
定时给自己发送SIGALARM
参数：几秒后发送信号。
返回值：上次闹钟声剩余的秒数
特别的，如果传入参数为0，代表取消。
每个进程都有且只有唯一个定时器。
setimmer使用
设置定时器(闹钟)。 可代替alarm函数。精度微秒us，可以实现周期定时。
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
返回值： 成功：0；失败：-1，设置errno
参数：which：指定定时方式
① 自然定时：ITIMER_REAL → 14）SIGLARM 计算自然时间
② 虚拟空间计时(用户空间)：ITIMER_VIRTUAL → 26）SIGVTALRM 只计算进程占用cpu的时间
③ 运行时计时(用户+内核)：ITIMER_PROF → 27）SIGPROF 计算占用cpu及执行系统调用的时间
new_value 要设置的闹钟时间
old_value 原闹钟时间
setitimer实现alarm
信号集操作函数
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。而我们可以在应用程序中自定义set来改变mask。已达到屏蔽指定信号的目的。
信号集设定
sigset_t set; // typedef unsigned long sigset_t;
int sigemptyset(sigset_t *set); 将某个信号集清0 成功：0；失败：-1
int sigfillset(sigset_t *set); 将某个信号集置1 成功：0；失败：-1
int sigaddset(sigset_t *set, int signum); 将某个信号加入信号集 成功：0；失败：-1
int sigdelset(sigset_t *set, int signum); 将某个信号清出信号集 成功：0；失败：-1
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);判断某个信号是否在信号集中 返回值：在集合：1；不在：0；出错：-1
sigset_t类型的本质是位图。但不应该直接使用位操作，而应该使用上述函数，保证跨系统操作有效。
sigprocmask函数
用来屏蔽信号、解除屏蔽也使用该函数。其本质，读取或修改进程的信号屏蔽字(PCB中)
严格注意，屏蔽信号：只是将信号处理延后执行(延至解除屏蔽)；而忽略表示将信号丢处理。
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); 成功：0；失败：-1，设置errno
参数：
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。传入的信号集
oldset：传出参数，保存旧的信号屏蔽集。
how参数取值： 假设当前的信号屏蔽字为mask
1.SIG_BLOCK: 当how设置为此值，set表示需要屏蔽的信号。相当于 mask = mask|set
2.SIG_UNBLOCK: 当how设置为此，set表示需要解除屏蔽的信号。相当于 mask = mask & ~set
3.SIG_SETMASK: 当how设置为此，set表示用于替代原始屏蔽集的新屏蔽集。相当于 mask = set，调用sigprocmask解除了对当前若干个信号的阻塞，则在sigprocmask返回前，至少将其中一个信号递达。
sigpending函数
读取当前进程的未决信号集
int sigpending(sigset_t *set); set传出参数。，当前的未决信号集。 返回值：成功：0；失败：-1，设置errno
打印未决信号集
编写程序。把所有常规信号的未决状态打印至屏幕。
sigaction捕捉setitimer产生信号
修改信号处理动作（通常在Linux用其来注册一个信号的捕捉函数）
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
返回值：成功：0；失败：-1，设置errno
参数：
signum：捕捉的信号
act：传入参数，新的处理方式。
oldact：传出参数，旧的处理方式。 可以用来恢复现场
struct sigaction结构体
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
};
sa_restorer：该元素是过时的，不应该使用，POSIX.1标准将不指定该元素。(弃用)
sa_sigaction：当sa_flags被指定为SA_SIGINFO标志时，使用该信号处理程序。(很少使用)
重点掌握：
① sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名(即注册函数)。也可赋值为SIG_IGN表忽略 或 SIG_DFL表执行默认动作
② sa_mask: 调用信号处理函数时，所要屏蔽的信号集合(信号屏蔽字)。注意：仅在处理函数被调用期间屏蔽生效，是临时性设置。
③ sa_flags：通常设置为0，表使用默认属性。
sigaction特性演示
1.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哪些信号。当注册了某个信号捕捉函数，捕捉到该信号以后，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，再恢复为☆。
2.XXX信号捕捉函数执行期间，XXX信号自动被屏蔽。
3.阻塞的常规信号不支持排队，产生多次只记录一次。（后32个实时信号支持排队）
以下代码验证特性2和特性3.
验证特性1
内核实现信号捕捉过程：
利用SIGCHLD回收子进程
SIGCHLD的产生条件
子进程终止时
子进程接收到SIGSTOP信号停止时
子进程处在停止态，接受到SIGCONT后唤醒时
借助SIGCHLD信号回收子进程
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。
打印结果，并且没有僵尸进程。
如果不睡觉，会出现怎样的打印结果。会有一个没有回收。出现一个僵尸进程。
