【Linux】进程信号之信号的保存

一、信号的保存

1、信号其他相关常见概念

• 实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery)
• 信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。

进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作。

注意：阻塞和忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会递达，而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。

2、信号在内核中表示

信号在内核中的表示示意图：

在操作系统内核中有三张表，两张是位图结构（block 和 pending），一张是函数指针数组结构。

• block表：该位图结构里面的对应位置的比特位是否为1，代表了该信号是否被阻塞。

• pending表：该位图结构里面的对应位置的比特位是否为1，代表了该信号是否是未决状态。

• handler表：该表里面存放的是函数指针，对应下标里面的函数指针表示收到该信号要调用的函数是哪一个。
  （整个三张表里面，数据在逻辑上是横向传递的）

信号里面的SIG_DFL表示的是执行默认动作，SIG_IGN表示的是执行忽略动作。它们的定义如下：

以前我们使用的signal函数的原理，就是修改了handler表里面对应位置的函数指针。

解释说明：

• 每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。

• SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。

• SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。

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如果在进程解除对某信号的阻塞之前，这种信号产生过多次,将如何处理?

POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。Linux是这样实现的：常规信号在递达之前产生多次只计一次，而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。

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3、系统内核中信号集

从信号在内核中的表示示意图来看：每个信号只有一个比特位的未决标志，非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。

因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储，sigset_t称为信号集，这个类型的本质是一个位图结构，它可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态，在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞，而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。 阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask)，这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。

sigset_t类型介绍

sigset_t是Linux操作系统提供给我们的一种数据类型，其底层封装的是一个long类型的数组，我们使用这个数组里面的每一个比特位去表示相关的信息。

二、信号集操作函数

1、sigset_t 类型的操作函数

sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现，从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_ t变量,而不应该直接操作它的内部数据。

• 函数sigemptyset初始化 set 所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含 任何有效信号。

• 函数sigfillset初始化 set 所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位1,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。

• 函数sigaddset是将 set 所指向的信号集里面信号signum对应的比特位置为1

• 函数sigdelset是将 set 所指向的信号集里面信号signum对应的比特位置为0

• sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集 set 中是否包含signum信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。

• 注意,在使用sigset_ t类型的变量之前，一定要调用sigemptyset或sigfillset做初始化，使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。

• 这四个函数都是成功返回0，出错返回-1

2、关于block表的系统调用

sigprocmask调用函数可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)。

• 参数：

• 第一个参数是一个标记位，它有下面三个选项可以选择：
  (假设当前的信号屏蔽字为mask)

参数	功能
SIG_BLOCK	set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号，相当于mask = mask | set
SIG_UNBLOCK	set包含了我们希望从当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号，相当于mask=mask&~set
SIG_SETMASK	设置当前信号屏蔽字为set所指向的值，相当于mask=set

• 第二个参数是一个信号集。

• 第三个信号是一个输出型参数，系统在给block信号集设置新的信号集时，会将老的信号集的内容提取出来将拷贝到oldset里面。

• 返回值：如果调用成功就返回0，如果调用失败返回-1，错误码被设置。

对于被阻塞的信号，如果阻塞解除，则会被立即递达，所以如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达。

下面我们用代码演示证明我们上面的理论，下面的代码意思是我们先对2号信号进行屏蔽，然后打印老的信号屏蔽字，再然后我们打印当前进程的信号屏蔽字，在打印当前进程的信号屏蔽字的时候我们在键盘按下Ctrl + C观察进程是否会退出，如果不退出说明当前信号确实被屏蔽了，最后5s过后恢复原来的信号，2号信号应该被立即递达然后进程退出。

#include 
#include 
#include 


// 打印sigset_t结构
void Printset(sigset_t* set)
{
    for (int i = 1; i <= 31;i++)
    {
        if (sigismember(set, i))
        {
            std::cout << "1";
        }
        else
        {
            std::cout << "0";
        }
    }
}

int main()
{
    // 变量的初始化
    int count = 0;
    sigset_t set, oset;
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);

    // 设置当前进程的信号屏蔽字
    sigaddset(&set, SIGINT);
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &oset);

    // 打印出老的信号屏蔽字
    std::cout << "老的信号屏蔽字是：";
    Printset(&oset);
    std::cout << std::endl;

    while (true)
    {
        std::cout << "目前信号屏蔽字是：";
        Printset(&set);
        std::cout << std::endl;
       

        if (count++ == 5)
        {
            // 恢复原来的信号屏蔽字
            std::cout << "恢复原来的信号屏蔽字" << std::endl;
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, &set);
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

运行结果如图所示：结果符合我们的预期！

3、关于pending表的系统调用

对于pending表我们无法修改，只能通过系统调用进行查看。

sigpending此函数很简单，此函数会读取当前进程的未决信号集，通过set参数传出，调用成功则返回0，出错则返回-1。

下面我们写一个样例继续验证我们上面的原理：我们先屏蔽2号信号，然后打印当前进程的未决信号集，在最初的时候由于进程没有收到信号，我们应该看到的是全零，再然后我们向进程发送一个2号信号，由于2号信号被阻塞，所以当前进程的未决信号集应该是第二个比特位为1，其他为全0。

#include 
#include 
#include 
#include 

// 打印sigset_t结构
void Printset(sigset_t* set)
{
    for (int i = 1; i <= 31;i++)
    {
        if (sigismember(set, i))
        {
            std::cout << "1";
        }
        else
        {
            std::cout << "0";
        }
    }
}

int main()
{
    // 变量的初始化
    int count = 0;
    sigset_t set, oset, pending;
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);

    // 设置当前进程的信号屏蔽字
    sigaddset(&set, SIGINT);
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &oset);
    
    while (true)
    {
        // 打印未决信号集
        sigpending(&pending);
        std::cout << "目前的未决信号集是：";
        Printset(&pending);
        std::cout << std::endl;

        if (count++ == 5)
        {
            // 恢复原来的信号屏蔽字
            std::cout << "恢复原来的信号屏蔽字" << std::endl;
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, &set);
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

三、结语

本章讲述的是进程信号的保存，信号的保存概念偏多，实际操作偏少，所以对信号的保存要好好理解操作系统内核中block pending handler表。

下一章我们继续深入理解进程信号的处理，继续提升我们对于信号的理解。当然如果本篇文章有错误或不足的地方，欢迎评论或私信讨论！那么我们下期见，byebye!