11-12 - 信号发送与处理

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1. 信号的概念及分类

1.1 问题

• 按下ctrl+c后，命令行的前台进程会被终止，why？

1.2 什么是信号

• 信号是一种 “软件中断”，用来处理异步事件
  • 内核发送信号到某个进程，通知进程事件的发生
  • 事件可能来自硬件，可能来自用户输入，可能来自程序自身错误（如除零错误等）
• 信号是一种类型的 进程间通信方式（一个进程向另一个进程发送信号）
  • A进程发生事件T，向B进程发送信号，B进程执行动作响应事件
  • 进程可以对接收到的 不同信号 进行 不同动作响应 （信号，处理）

1.3 信号的分类

• 硬件异常
  内核检测到硬件错误，发送相应信号给相关进程
• 终端信号（用户交互信号）
  在终端输入“特殊字符”等价于向前台进程组发送相应的信号
• 软件信号
  在软件层面（进程代码中）触发的信号（发送给自身或其它进程）

1.3.1 硬件异常信号

1.3.2 终端相关信号

• SIGINT（ctrl+c）
  • 程序终止信号，用于通知前台进程组终止进程
• SIGQUIT（ctrl+\）
  • 与SIGINT类似，进程收到该信号退出时可产生coredump文件
• SIGTSTP（ctrl+z）
  • 停止进程的运行，进程收到该信号后可以选择处理和忽略
  • 进程收到该信号后停止运行（状态发生转换），后续可恢复运行状态

1.3.3 软件相关信号

• 子进程退出：父进程收到SIGCHLD信号
• 父进程退出：子进程可能收到信号（什么信号？）
• 定时器到期：alarm()，ualarm()，timer_create()，……
• 主动发送信号：kill()，raise()，……
• ……

1.4 内核与信号

1.5 System V vs BSD

• System V：也被称为AT&T SystemV，是Unix操作系统众多版本中的一支
• BSD：加州大学伯克利分校开创，Unix衍生系统，代表由此派生出的各种套件组合

Linux之所以被称为类Unix操作系统，部分原因就是Linux的操作风格是介于上述二者之间，且不同厂商为了照顾不同的用户，其发行版本的操作风格存在差异

2. 信号发送与处理

2.1 信号处理

2.1.1 信号的默认处理

2.1.2 自定义信号处理

#include 
#include 
typedef void(*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
sighandler_t sysv_signal(int signum, sighandler_t handler);
sighandler_t bsd_signal(int signum, sighandler_t handler);

2.1.3 信号处理示例

2.2 信号发送

2.2.1 自定义信号发送

#include 
#include 
int kill(pid_t pid, int sig); 
int raise(int sig); // 信号处理完毕后返回

标准信号是Unix系统中的信号，编号范围从1到31
实时信号是Linux独有的信号，编号范围从32到64

• kill和raise是用来发送信号的：
  • raise把信号发送给(进程)自身
  • kill把信号发送给进程或进程组
    • pid > 0，将信号传给进程识别码为pid 的进程。
    • pid == 0，将信号传给和目前进程相同进程组的所有进程
    • pid == -1，将信号广播传送给系统内所有的进程
    • pid < 0，将信号传给进程组识别码为pid绝对值的所有进程

2.2.2 信号发送示例

2.3 编程实验：信号发送与处理

【参看链接】：11-12 - 信号发送与处理 / 11 / 00信号处理 / main.c

【参看链接】：11-12 - 信号发送与处理 / 11 / 01信号发送

3. 信号处理三大特性

3.1 问题

• 三种注册信号与处理函数的方法有什么区别？

3.2 信号的OneShot 性

• System V风格的signal函数，注册的 信号处理是 一次性的
  • 进程收到信号后，调用由signal注册的处理函数
  • 处理函数一旦执行之后，进程通过默认的方式处理后续相同信号
  • 如果想要重复触发，那么必须再次调用signal注册处理函数
• BSD风格的signal函数不存在OneShot，能够自动反复触发处理函数的调用
• 默认的signal函数和BSD风格的signal函数一致

3.3 信号的自身屏蔽特性

• 在信号处理函数执行期间（还未处理结束），很可能再次收到当前信号
  即：处理 A 信号的时候，再次收到 A 信号

• 对于 System V 风格的 signal 函数，会引起信号处理函数的重入
  即：调用处理函数的过程中，再次收到同个信号触发信号处理函数的调用
  

• 在注册信号处理函数时：

  • System V风格的signal不屏蔽任何信号
  • BSD风格的signal会屏蔽当前注册的信号，即：再次收到同个信号时，等待第一次收到的信号的处理函数执行完之后，再触发第二次的信号处理函数的调用

• 思考：BSD风格的signal函数，处理A信号期间，如果收到B信号会发生什么？

3.4 系统调用重启特性

• 系统调用期间，可能收到信号，此时进程必须从系统调用中返回
• 对于执行时间较长的系统调用（ write / read），被信号中断的可能性很大
• 如果希望信号处理之后，被中断的系统调用能够重启，则：
  可以通过条件errno == EINTR判断手动重启系统调用
• 系统调用重启示例代码（wait）

• 系统调用重启特性：
  • System V 风格的 signal 函数：（手工重启）
    系统调用被信号中断后，直接返回 -1，并且 errno == EINTR
  • BSD 风格的 signal 函数：（自动重启）
    系统调用被中断，内核在信号处理函数结束后，自动重启系统调用

3.5 默认signal函数的特性

对于大多数的Linux发行版本来说，默认signal函数的行为和BSD风格的signal函数一致

3.6 编程实验：三种特性实验

3.6.1 oneshot 实验

【参看链接】：11-12 - 信号发送与处理 / 12 / 00oneshot

3.6.2 信号的自身屏蔽特性（信号重入）实验

【参看链接】：11-12 - 信号发送与处理 / 12 / 01信号重入

3.6.3 系统调用重启实验

【参看链接】：11-12 - 信号发送与处理 / 12 / 02系统调用重启

3.6.4 处理A收到B

• BSD风格的signal函数，处理A信号期间，如果收到B信号会发生什么？

【参看链接】：11-12 - 信号发送与处理 / 12 / 03bsd_处理A时再收到B

3.7 注意事项

• 并非所有的系统调用对信号中断都表现同样的行为
  • 一些系统调用支持信号中断后自动重启
    read() , write() , wait() , waitpid() , ioctl() , …
  • 一些系统调用完全不支持信号中断后自动重启
    poll() , select() , usleep() , …

3.8 小结

• 三种方法的区别：

在信号处理上，Linux系统更接近BSD风格的操作；默认的signal函数在不同的Linux发行版上语义可能不同，从代码移植性角度，避免直接使用signal(…)函数。

4. 初探现代信号处理

4.1 现代信号处理注册函数

4.1.1 现代信号处理语义分析

• 信号屏蔽与标记：
  • sigset_t sa_mask
    • 信号屏蔽：sa_mask = SIGHUP | SIGINT | SIGUSR1;
    • 注意：并不是所有信号都可以被屏蔽，如：SIGKILL , SIGSTOP
  • int sa_flags
    • 信号特性：sa_flags = SA_ONESHOT | SA_RESTART;
    • 特殊特性（SA_SIGINFO），信号处理时能够收到额外的附加信息

4.1.2 信号状态小知识

• 信号 产生
  • 信号来源，如：SI_KERNEL , SI_USER , SI_TIMER , …
• 信号 未决
  • 从信号产生到信号被进程接受的状态（处于未决状态的信号必然已存在）
• 信号 递达
  • 信号送达进程，被进程接收（忽略，默认处理，自定义处理）

4.1.3 信号屏蔽 vs 信号阻塞

• 信号屏蔽 ==> 信号未决
  • 信号处理函数执行期间，被屏蔽的信号不会被递送给进程（针对多个信号）
  • sa_mask = SIGHUP | SIGINT | SIGUSR1;
• 信号阻塞 ==> 信号未决
  • 信号处理函数执行期间，当前信号不会递送给进程（当前信号）
  • act.sa_flags = SA_RESTART | SA_NODEFER;

4.2 现代信号处理注册示例

4.3 编程实验：现代信号处理

【参看链接】：11-12 - 信号发送与处理 / 12 / 04现代信号处理

4.3.1 oneshot

4.3.2 屏蔽&阻塞相关

4.3.3 系统调用重启

4.3.4 处理A收到B

4.3.5 signal实际调用sigaction

5. 现代信号发送与处理

5.1 sigqueue

• sigqueue(…)的黄金搭档是sigaction(…)
• sa_flags设置 SA_SIGINFO 标志位，可使用 三参数 信号处理函数

5.2 现代信号处理函数的关键参数

5.3 现代信号发送处理示例

5.4 编程实验：现代信号发送

【参看链接】：11-12 - 信号发送与处理 / 12 / 05现代信号发送

5.5 思考

• 利用信号搞进程间通信靠谱吗？？？