Linux进程信号

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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+c

 1.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:

Linux进程信号_第1张图片 

  • 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;
}

Linux进程信号_第2张图片 

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:

Linux进程信号_第3张图片 

  • 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

 Linux进程信号_第4张图片

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。 

 

 

 

 




 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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