【Linux】—— 信号的保存

上篇文章中，我给大家介绍了关于信号产生的几种方式。本期，我将给大家介绍的是关于 “信号的保存” 的相关知识！！！

目录

（一）信号常见概念的概念

（二）在内核中的表示

2.1 原理表示

2.2 代码演示 

 2.3 sigset_t

 （三）信号集操作函数

3.1 sigprocmask

3.2 sigpending

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（一）信号常见概念的概念

首先，在正式的介绍本期内容之前，先给大家科普一下信号其他相关常见概念，便于后续的表述理解！！

1. 在Linux中信号从发送者传递到接收者的过程，即实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery)
2. 已经发送给进程但尚未被该进程处理的信号，即信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。
3. 进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。
4. 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。

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（二）在内核中的表示

2.1 原理表示

信号在内核中的表示示意图：

【解释说明】

• pending表：首先这个表是用位图结构表示的。其中比特位的位置表示哪一个信号；比特位的内容则表示是否收到该信号；
• block表：对于block表，它也是用位图结构表示的。其中比特位的位置表示哪一个信号；比特位的内容则表示是否对应的信号被阻塞；
• handler表：其实就是个函数指针数组。结构类似 【void (*sighandler_t)(int);】。该数组下标表示信号编号；该数组的特定下标的内容表示该信号的递达动作

因此，正基于上述表结构，我们之前才说进程是能够识别一个信号的：

 【解释说明】

1. 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。
2. 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。
3. 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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2.2 代码演示 

接下来，我简单演示此处的捕捉行为。

• 1.对于 SIG_DFL 

int main()
{   
    //#define SIG_DFL	((__sighandler_t) 0)		/* Default action.  */
    //typedef void (*__sighandler_t) (int);
    
    signal(2, SIG_DFL); //处理为默认动作
    while(true)
    {
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

【解释说明】

•  当我们去查看 SIG_DFL 的定义，发现就是把 0 做了一下强转，当我们再去查看 __sighandler_t的定义时，发现就是我们介绍的函数指针数组。

效果展示：

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•  2.对于 SIG_IGN（此处解释同上）

int main()
{   
    // #define SIG_IGN	((__sighandler_t) 1)		/* Ignore signal.  */
    // typedef void (*__sighandler_t) (int);

    signal(2,SIG_IGN);
    while(true)
    {
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

 效果展示：

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 2.3 sigset_t

• 从上图来看,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。
• 接下来我也要详细介绍信号集的各种操作。 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。

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 （三）信号集操作函数

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,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的

#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);

 【解释说明】

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 这四个函数都是成功返回0,出错返回-1
5. 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

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3.1 sigprocmask

调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)

• 函数定义如下：

#include 
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
返回值:若成功则为0,若出错则为-1

  【解释说明】

1. 如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出；
2. 如果set是非空指针,则 更改进程的信号屏蔽字,参数how指示如何更改；
3. 如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号屏蔽字备份到oset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽字。

假设当前的信号屏蔽字为mask,下表说明了how参数的可选值：

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假设今天我想对 2号信号进行屏蔽操作。代码如下：

void showBlock(sigset_t *oset){
    int signo = 1;
    for(; signo <=31; signo++)
    {
        if(sigismember(oset, signo)) cout << "1";
        else cout << "0";
    }
    cout << endl;
}
int main()
{   
    sigset_t oset,set;
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);
    sigaddset(&set,2);

    sigprocmask(SIG_SETMASK,&set,&oset);

    int cnt = 0;
    while(true)
    {
        showBlock(&oset);
        sleep(1);
        cnt++;

        if(cnt == 10)
        {
            cout << "recover block" << endl;
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, &set);
            showBlock(&set); 
        }
    }
    return 0;
}

效果展示：

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3.2 sigpending

• 函数定义如下：

#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。 

• 下面用刚学的几个函数做个实验。程序如下:

void showBlock(sigset_t *oset){
    int signo = 1;
    for(; signo <=31; signo++)
    {
        if(sigismember(oset, signo)) cout << "1";
        else cout << "0";
    }
    cout << endl;
}

static void handler(int signo){
    cout << "对特定信号："<< signo << "执行捕捉动作" << endl;
}

static void PrintPending(const sigset_t &pending){
    cout << "当前进程的pending位图: ";
    for(int signo = 1; signo <= 31; signo++)
    {
        if(sigismember(&pending, signo)) cout << "1";
        else cout << "0";
    }
    cout << "\n";
}

int main()
{
    // 2.0 设置对2号信号的的自定义捕捉
    signal(2, handler);
    int cnt = 0;

    //1. 屏蔽2号信号
    sigset_t set,oset;
    //1.1 初始化
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);

    // 1.2 将2号信号添加到set中
    sigaddset(&set,2);

    // 1.3 将新的信号屏蔽字设置进程
    sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oset);

    //2. while获取进程的pending信号集合，并01打印
    while (true)
    {
        // 2.1 先获取pending信号集
        sigset_t pending;
        sigemptyset(&pending);
        int n = sigpending(&pending);
        assert(n == 0);
        (void)n; //保证不会出现编译是的warning

        // 2.2 打印
        PrintPending(pending);

        sleep(1);

        //2.4 10s之后，恢复对所有信号的block动作
        if(cnt++ == 10)
        {
            cout << "解除对2号信号的屏蔽" << endl; //先打印
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr); //?
        }
    }
    
    return 0;
}

效果展示：

• 程序运行时,每秒钟把各信号的未决状态打印一遍,由于我们阻塞了SIGINT信号,按Ctrl-C将会 使SIGINT信号处于未决状态,按Ctrl-\仍然可以终止程序,因为SIGQUIT信号没有阻塞

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 以上便是本期关于信号的保存的相关内容！！！