Linux进程信号
目录
了解信号
信号概念：
使用kill-l查看系统定义的信号列表：
编辑
信号常见处理方式
用户态和内核态：
产生信号
由软条件产生信号
硬件产生信号
信号捕捉
阻塞信号
在内核中的表示：
编辑
sigset_t:
信号集操作函数:
sigpending：
信号的捕捉
内核如何实现信号的捕捉：
sigaction：
volatile:
了解信号
# ctrl+c1.在用户启用前台进程的时候，可以使用ctrl+c来终止这个进程，这个过程就是给该进程发送了一个终结信号
注意：
- Ctrl-C 产生的信号只能发给前台进程。一个命令后面加个&可以放到后台运行,这样Shell不必等待进程结束就可以接受新的命令,启动新的进程
- Shell可以同时运行一个前台进程和任意多个后台进程,只有前台进程才能接到像 Ctrl-C 这种控制键产生的信号
- 前台进程在运行过程中用户随时可能按下 Ctrl-C 而产生一个信号,也就是说该进程的用户空间代码执行到任何地方都有可能收到 SIGINT 信号而终止,所以信号相对于进程的控制流程来说是异步(Asynchronous)的
信号概念：
信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断
使用kill-l查看系统定义的信号列表：
- 每个信号都有一个编号和一个宏定义名称,这些宏定义可以在signal.h中找到,例如其中有定义 #define SIGINT 2
- 编号34以上的是实时信号，这些信号各自在什么条件下产生,默认的处理动作是什么,在signal(7)中都有详细说明: man 7 signal
信号常见处理方式
- 忽略此信号
- 执行该信号的默认处理动作
- 提供一个信号处理函数，要求内核在处理该信号时切换到用户态来执行这个函数
用户态和内核态：
-
内核态：一个运行在内核模式的进程可以执行指令集中的任何指令，并且可以访问系统中的任何存储位置，换句话说，当一个进程通过系统调用、中断、异常陷入执行异常代码时，我们就称进程处于内核状态。内核态在共有的地址空间执行操作系统所有命令
-
用户态：用户模式中的进程不允许执行特权指令，比如停止处理器、改变模式位、或者发起一个IO操作，运行在用户态的程序不能直接访问操作系统的数据和程序，进程所处的处理机是可抢占的。用户态是任务在自己的虚拟地址空间执行应用程序自有的指令。
区别：
- 用户态 只能执行自己的指令和数据，但不能存取内核指令和数据，也就是进程不允许执行特权指令。
- 内核态：内核模式的进程可以执行任何指令，读取系统中的任何存储位置。
产生信号
Core Dump：当一个进程要异常终止时,可以选择把进程的用户空间内存数据全部 保存到磁盘上,文件名通常是core,这叫做Core Dump。进程异常终止通常是因为有Bug,比如非法内存访问导致段错误,事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因,这叫做Post-mortem Debug（事后调试）。一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit(这个信息保存 在PCB中)。默认是不允许产生core文件的,因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息,不安全。在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制,允许产生core文件。 首先用ulimit命令改变Shell进程的Resource Limit,允许core文件最大为1024K : $ ulimit -c1024
# ulimit -a
# ulimit -c 1024
由软条件产生信号
alarm函数 和SIGALRM信号
#include
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动作是终止当前进程 #include
#include
int main()
{
int count = 14;
alarm(1);
for(;1;count++)
{
printf("%d\n",count);
}
return 0;
}
硬件产生信号
硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核,然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除以0的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释 为SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非法内存地址,,MMU会产生异常,内核将这个异常解释SIGSEGV信号发送给进程
信号捕捉
#include
#include
void handler(int sig)
{
printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
int main()
{
signal(2, handler); //信号是可以被自定义捕捉的，siganl函数就是来进行信号捕捉的
while(1);
return 0;
} 这样当对这个进程发送2号信号的时候就会执行handler函数
Q1：上面所说的所有信号产生，最终都要有OS来进行执行，为什么？
A1：OS是进程的管理者
Q2：信号的处理是否是即时的？
A2：在合适的时候处理，不一定是即时的
阻塞信号
- 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
- 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
在内核中的表示：
- 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。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。
sigset_t:
每个信号只有一个bit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.
信号集操作函数:
#include
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember（const sigset_t *set, int signo); - 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,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号
- 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
注意：这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种 信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1
sigpending：
#include
sigpending
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
1 #include
2 #include
3 #include
4
5 void printsigset(sigset_t* set)
6 {
7 for(int i = 0;i<32;i++)
8 {
9 if(sigismember(set,i))
10 {
11 putchar('1');
12 }
13 else{
14 putchar('0');
15 }
16 }
17 puts("");
18 }
19 int main()
20 {
21 sigset_t s,p;
22 sigemptyset(&s);
23 sigaddset(&s,SIGINT);
24 sigprocmask(SIG_BLOCK,&s,NULL);
25 while(1)
26 {
27 sigpending(&p);
28 printsigset(&p);
29 sleep(1);
30 }
31 return 0;
32 } 
信号的捕捉
内核如何实现信号的捕捉：
如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号。由于信号处理函数的代码是在用户空间的,处理过程比较复杂,举例如下: 用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler。 当前正在执行main函数,这时发生中断或异常切换到内核态。 在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号SIGQUIT递达。 内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行,而是执行sighandler函 数,sighandler
和main函数使用不同的堆栈空间,它们之间不存在调用和被调用的关系,是 两个独立的控制流程。 sighandler函数返回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态。 如果没有新的信号要递达,这次再返回用户态就是恢复main函数的上下文继续执行了。总结：这样就可以解释操作系统在什么时候处理我们的信号了，进程收到信号也不是立即进行处理的，而是在OS返回用户态前顺手处理一下
sigaction：
- sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作。调用成功则返回0,出错则返回- 1。signo是指定信号的编号。若act指针非空,则根据act修改该信号的处理动作。若oact指针非 空,则通过oact传出该信号原来的处理动作。act和oact指向sigaction结构体
- 将sa_handler赋值为常数SIG_IGN传给sigaction表示忽略信号,赋值为常数SIG_DFL表示执行系统默认动作,赋值为一个函数指针表示用自定义函数捕捉信号,或者说向内核注册了一个信号处理函 数,该函数返回值为void,可以带一个int参数,通过参数可以得知当前信号的编号,这样就可以用同一个函数处理多种信号。显然,这也是一个回调函数,不是被main函数调用,而是被系统所调用
ps:当某个信号的处理函数被调用时,内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字,这样就保证了在处理某个信号时,如果这种信号再次产生,那么 它会被阻塞到当前处理结束为止。 如果在调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还希望自动屏蔽另外一些信号,则用sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。
volatile:
#include
#include
int flag = 0;
void handler(int sig)
{
printf("chage flag 0 to 1\n");
flag = 1;
}
int main()
{
signal(2, handler);
while(!flag);
printf("process quit normal\n");
return 0;
} 按道理当我们给进程发送2号信号的时候，并被进程捕捉后，就会执行自定义动作handler
会把flag的值改成1，不符合while的条件最后退出循环
但实际情况却是我们即时发送了2号信号进程也不会正常退出，原因就是while 循环检查的flag，并不是内存中最新的flag，这就存在了数据二异性的问题。 while 检测的flag其实已经
因为优化，被放在了CPU寄存器当中。
解决方法就是加上关键字volatile
#include
#include
volatile int flag = 0;
void handler(int sig)
{
printf("chage flag 0 to 1\n");
flag = 1;
}
int main()
{
signal(2, handler);
while(!flag);
printf("process quit normal\n");
return 0;
} volatile的作用就是：保持内存的可见性，告知编译器该关键字修饰的变量，不允许被优化，对该变量的任何操作，都必须被保存在真实内存中进行操作。