【Linux】进程信号

目录

信号的概念

种类

信号的产生

硬件产生方式

软件产生方式 

根据信号值判断代码出错的原因

信号的处理方式 

信号的注册

概念：

内核中信号注册位图以及sigqueue队列的理解：

注册

信号的注销 

信号的自定义处理方式 

信号阻塞 

信号的捕捉流程

其他扩展内容：

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信号的概念

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。

种类

可以通过kill -l命令来查看所有信号。

注意：总共有62个信号，没有32和33号信号。

其中1-31号信号被称之为非实时信号，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，是一个暂停信号。

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

pid：进程号，给哪个进程发信号，就填写哪个进程的进程号。

sig：要发送的信号值。 

  

2、raise函数

 谁调用给谁发信号，该函数在实现过程中是调用kill函数的。

sig：要发送的信号值

根据信号值判断代码出错的原因

在之前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，进而确定程序崩溃原因。产生coredump文件的方式以及限制因素：

前提：能够生成coredump文件,ulimit -a查看corefilesize的大小。

如果是0：通过ulimit -c unlimited命令将其改为无限制。

unlimited权限只是说在操作系统层面，不会限制你产生coredump文件。但是注意：硬盘空间大小也是决定能否产生coredump文件的一个因素，coredump文件大小必须小于磁盘空间大小才能产生。 

1、解引用空指针、野指针（垂悬指针）

 2、除0

3、越界访问

4、double free

信号的处理方式 

1、通过man 7 signal查看操作系统对信号的处理方式。

2、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 

 3、忽略处理方式

SIG_ING

联想到僵尸进程的产生原因：

子进程先于父进程退出，子进程在推出的时候会给父进程发送SIGCHID信号，而父进程接收到这个信号后，是忽略处理的，从而导致父进程没有回收子进程的退出状态信息，从而子进程就变成了僵尸进程。

 4、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

概念：

一个进程收到一个信号，这个过程称之为信号的注册。信号的注册和注销时两个独立的过程。

内核中信号注册位图以及sigqueue队列的理解：

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)

具体研究以下这个数组，sigset_t本质上是一个结构体，它的内部成员变量是一个数组：unsignal long sig[_NSIG_WORDS]，对于这个数组，操作系统并没有将它当作数组使用，而是把它看作是位图；在Linux64位平台下，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。 

该数组中的每一个元素有64个比特位，对于现有的62个信号，规定每一个信号对应数组中某个比特位，其中比特位位1表示接收到了信号，0表示没有接受到该信号。

如图：

 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。

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。队列在操作系统当中本质上是一个双向链表（具有先进先出的特点）

非实时信号注册：

第一次注册：修改sig位图（0-->1）；修改sigqueue队列

第二次注册：修改sig位图（1-->1)；不会添加sigqueue节点

 实时信号注册：

第一次注册：修改sig位图，修改sigqueue队列

第二次注册：修改sig位图，添加sigqueue节点到sigqueue队列

信号的注销 

非可靠信号：

1、将信号对应的sig位图当中的bit位置为0

2、将对应信号的sigqueue节点进行出队操作

可靠信号 ：

1、将对应信号的sigqueue节点进行出队操作

2、判断sigqueue队列当中是否还有相同信号的sigueue节点；如果有，比特位不作修改；没有，对应比特位置为0 

信号的自定义处理方式 

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 

signum ：信号值

handler：等改为哪一个处理函数，是一个函数指针，接受一个函数地址

handler指向的函数是一个回调函数，再调用 signal函数的时候，给第二个参数传递函数地址的时候并没有调用传递的函数，而是在等进程收到了某个信号之后，才会调刚才注册的函数。 

注意：9号信号是不能被程序员自定义处理的。

 

2、sigaction

signum：信号量

act：将信号的处理方式改为act指针指向的内容

oldact：原来信号的处理方式，输出型参数，用户只需要提供空间，后续可以通过oldact查看该信号原来的操作。 

后两个参数都是一个结构体指针：

void (*sa_handler)(int)：保存信号默认处理方式的函数指针

void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t*, void*)：也是一个保存信号的处理方式的函数指针，但是  没有使用；使用的时候需要配合sa_flags一起使用；当sa_flags的值为SA_SIGINFC的时候，信号按照sa_sigaction保存的函数地址进行处理。

sigset_t  sa_mask： 是一个sig位图，用来暂存进行在执行该信号的处理过程中收到的其他信号，后续会放到进程的信号的位图当中。

int sa_flags：我们一般情况下只会使用1和3

void  (*sa_restorer)(void)：保留字段 

 结合内核理解：

信号阻塞 

信号的注册是信号的注册，信号阻塞时阻塞。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：

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：

how：想让sigprocmask做什么

        SIG_BLOCK：设置某个给信号为阻塞状态

        SIG_UNBLOCK：设置某个信号为非阻塞状态

        SIG_SETMASK：用第二个参数set来替换原来的阻塞位图

set：新设置的阻塞位图

oldset：原来老的阻塞位图 

函数原理解析：当how为SIG_BLOCK时，函数会根据set，计算新的阻塞位图，计算方式是：block(old) | set；当how为SIG_UNBLOCK时，函数会根据set，计算新的阻塞位图，计算方式是：block(new) = block(old) & (-set)；当how为SIG_SETMASK时，函数会根据set,计算新的阻塞位图，计算方式是：block(new) = set。

可以通过kill -9将进程杀死。

注意：9号和19号信号不能被阻塞。 

信号的捕捉流程

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作出相应操作：

有信号：判断当前信号是否被阻塞；阻塞的话暂时不处理；未阻塞，处理信号

处理信号时，不同的处理方式：

默认/忽略处理：直接在内核就处理结束

自定义处理：

        1、执行用户在用户空间自定义的处理函数

        2、调用sigruturn()函数再次回到操作系统内核

        3、再次调用do_signal函数处理信号

        4、调用sys_sigreturn函数回到用户空间，继续执行代码

如图所示： 

 

 常见的进入系统内核的方式：

调用系统调用函数；内存访问越界，访问空指针；调用库函数

其他扩展内容：

1、之前学习的进程等待，父进程在等待子进程退出，回收它的状态信息的时候，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代码的，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：

我们都知道，父进程回收子进程退出信息收到的是SIGCHILD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信息。这样父进程再等待子进程退出的同时能够去执行其他代码。 

 

 

 

2、volatile关键字

作用：保证内存的可见性。每次CPU要计算的数据都是从内存中获取，拒绝编译时优化的方案（从寄存器获取）

gcc/g++的编译选项：-00 -01 -02 -03，优化级别依次增大 

加上volatile关键字后，每次都会从内存中读取数据。