【Linux】进程信号篇

信号的概念与种类

1. 概念
   信号是一个软中断，这里有一个形象的例子来说明一下它的含义：
   
   所以说：信号只是告诉我们有这样一个信号，但是具体这个信号如何处理，什么时候处理是由进程决定的，所以是软中断
2. 种类
   我们可以通过kill -l 命令来查看所有的信号
   
   注意：总共有62个信号！没有32和33号信号
   其中
   1–31号信号被称为非实时信号，也叫非可靠信号，它在使用的过程中信号可能会丢失
   34–64号信号被称为实时信号，也叫可靠信号，它在使用的过程中信号不会丢失

信号的产生

硬件产生方式

1. Ctrl + c
   产生的是2号信号SIGINT
   是一个中断信号
   

2. Ctrl + z
   产生的是20号信号SIGTSTP
   是一个暂停信号
   

3. Ctrl + \
   产生的是3号信号SIGQUIT
   是一个退出信号
   

4. kill命令向进程发送信号
   通过 kill -[信号值] [pid]向进程发送信号
   

软件产生方式

1. kill函数

 #include 
 int kill (pid_t pid,int sig)

2. raise函数

 int raise(int sig);

其实raise函数内部调用的依旧是kill函数

int raise(int sig)
{
	return kill(get(pid),sig);
}

代码测试

结果：与预期一致

扩展–根据信号值判断代码出错原因

回想之前在学习gdb调试的时候，有一种情况就是对崩溃后产生的coredump文件进行调试，进而确定程序崩溃的原因
现在我们可以通过对崩溃程序产生的coredump文件进行调试，通过信号值判断程序崩溃原因。
产生coredump文件的方式以及限制因素：

1. 解引用空指针、野指针（垂悬指针）
   
   
2. 除0
   
   
3. 越界访问
   
   
   这样都不崩溃？
   原因：
   操作系统容忍进程访问不属于自己的内存，但是有个前提条件，越界访问的内存，没有分配给其他进程所使用
   既然这样，我们来个更过分的：
   
   终于验证到了，现在调试一下产生的coredump文件
   
   
4. double free
   
   
   gdb调试产生的coredump文件
   

信号的处理方式

5. 通过 man 7 signal 查看OS对信号的处理方式
   

6. 默认处理方式
   SIG_DFL
   在操作系统当中已经定义好信号的处理方式

7. 忽略处理方式
   SIG_ING 忽略处理
   联想到僵尸进程的产生原因：
   现在给出详细解释：
   子进程先于父进程退出， 子进程在退出的时候会给父进程发送SIGCHLD信号，而父进程接收到这个信号后，是忽略处理的，从而导致了父进程没有回收子进程的退出状态信息，因此子进程就变成了僵尸进程！

8. 自定义处理方式
   程序员可以更改信号的处理方式，定义一个函数，当进程收到该信号的时候，调用程序员自己写的函数。

信号的注册

9. 概念
   一个进程收到一个信号，这个过程称之为注册
   信号的注册和信号的注销是两个独立的过程

10. 内核中信号注册位图以及sigqueue队列的理解
    2.1 task_struct结构体内部有一个结构体变量 struct sigpending pending ，struct sigpending结构体有两个成员变量，一个是 struct list_head list（双向链表），另一个是 sigset_t signal(数组)
    2.2 我们具体研究这个 sigset_t signal 数组:
    sigset_t本质上是一个结构体，它的内部成员变量是一个数组：unsigned long sig[_NSIG_WORDS]
    对于这个数组，操作系统并没有将它当做数组来使用，而是把它看做是位图
    2.3 在Linux的64位平台下，long 以及 unsigned long占8个字节，也就是64个bit位，而目前信号的数量只有62个，所以每个bit位表示一个信号是足够的

上面说了这么多，理解起来可能会有一点绕，下面我就通过图示的方式解释一下：

在理清楚他们之间的关系后，现在开始整整意义上的理解这个数组是如何被当做位图来使用的。

可能有人又有疑问了：
既然数组的一个元素就可以搞定，为何又大费周章，给一个数组呢？
原因是为了后续可能会扩展的信号提供空间

3. 注册
   位图更改为1，添加sigqueue节点到sigqueue队列
   信号在注册的时候，会将信号对应的bit位由0改为1，表示当前进程收到了该信号
   在sigqueue队列中添加一个sigqueue节点。队列在OS内核当中本质上就是一个双向链表（具有先进先出的特性）
   

信号的注销

主要分为可靠信号和费可靠信号

信号的自定义处理方式

含义：让程序员自己定义某一个信号的处理方式，当进程收到该信号后就会执行程序员自定义的处理方式

1. signal函数+测试代码

sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);

9号信号（强杀）是不能被程序员自定义处理的函数
测试代码：


2. sigaction函数+测试代码

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact)

后两个参数都是一个结构体指针，这里展开说明，该结构体的定义如下图：

下面对这五个成员变量进行说明：

测试代码：
情景一：自定义信号处理方式执行后手动结束进程


情景二：进程收到2号信号后先去执行自定义处理方式的函数，然后在该函数内部，再将2号信号的处理方式恢复为原来的方式

• 结合内核代码进行理解
  

信号的阻塞

• 理解要点
  信号注册是注册，信号阻塞是阻塞**。信号的阻塞并不会影响信号的注册**
  进程收到这个信号之后，由于阻塞，暂时不处理该信号。
• 内核代码理解

struct task_struct
{
    ........
    sigset_t blocked;
    .........
}

sigset_t blocked是一个位图，当要阻塞一个信号的时候，将该信号对应的比特位设置为1即可

• 接口

int sigprocmask(int how,const sigset_t* set,sigset_t* oldset)

• 代码验证
  验证方式：阻塞“全部”信号，进程不退出，查看进行收到每一个信号（通过test函数实现）时的状态。
  
  
  
  通过kill -9 将进程杀死
  
  也可以通过kill - 19来停止这个进程
  
  

结论：9号和19号信号不能被阻塞

信号的捕捉流程

1. 信号的处理时机
   从内核态切换到用户态的时候，会调用do_signal函数处理信号，该函数会判断是否有信号并做出相应的操作：
   
2. 处理信号的时候，不同的处理方式
   
3. 画图理解这个过程
   
4. 常见的进入内核的方式
   调用系统调用函数
   内存访问越界，访问空指针
   调用库函数

扩展

1. 父子进程 + 进程等待 + 自定义信号处理方式
   我们前面学习的进程等待，父进程在等待子进程退出，回收它的退出状态信息的时候，有两种方式，分别是：
   wait接口，阻塞等待
   waitpid接口，非阻塞等待，搭配循环使用
   这两种方式父进程在等待子进程期间都是无法执行其他活动的
   由于父进程无法执行其他代码，导致父进程的效率低下，我们可以使用信号的方式来解决这个问题.具体思路如下：

我们都知道，父进程回收子进程退出信息接收到的是SIGCHLD信号，因此我们可以将该信号的处理方式自定义一下，然后在接收到该信号的时候，再转去执行自定义处理方式里面的wait函数来回收子进程的退出状态信息。
通过上面的方式，我们就会“解放”父进程，让他在等待子进程退出的同时能够去执行其他代码！

2. volatile关键字
   
   结合自定义信号处理函数进行代码验证：
   情景一：不使用volatile关键字。构造一个循环场景，通过信号执行自定义的信号处理函数改变相应的循环判断条件，观察现象
   
   

现在来一个小改动

其余不改变，我们再次观察现象：

情景二：使用volatile关键字。构造一个循环场景，通过信号执行自定义的信号处理函数改变相应的循环判断条件，观察现象


正常退出，原因是加了volatile关键字，因此每次都会从内存读取数据，说以值改变编译器每次都会读取到新的数据。

以上就是对进程信号相关内容的梳理！各位看官，感觉有所帮助，还请一键三连~~