进程信号

你在网上买了很多件商品，再等待不同商品快递的到来。但即便快递没有到来，你也知道快递来临时，你该怎么处理快递。也就是你能“识别快递”
当快递员到了你楼下，你也收到快递到来的通知，但是你正在打游戏，需5min之后才能去取快递。那么在在这5min之内，你并没有下去去取快递，但是你是知道有快递到来了。也就是取快递的行为并不是一定要立即执行，可以理解成“在合适的时候去取”。
在收到通知，再到你拿到快递期间，是有一个时间窗口的，在这段时间，你并没有拿到快递，但是你知道有一个快递已经来了。本质上是你“记住了有一个快递要去取”
当你时间合适，顺利拿到快递之后，就要开始处理快递了。而处理快递一般方式有三种：1. 执行默认动作（幸福的打开快递，使用商品）2. 执行自定义动作（快递是零食，你要送给你你的女朋友）3. 忽略快递（快递拿上来之后，扔掉床头，继续开一把游戏）
快递到来的整个过程，对你来讲是异步的，你不能准确断定快递员什么时候给你打电话

2. 技术应用角度的信号

1. 用户输入命令,在Shell下启动一个前台进程。

. 用户按下Ctrl-C ,这个键盘输入产生一个硬件中断，被OS获取，解释成信号，发送给目标前台进程
. 前台进程因为收到信号，进而引起进程退出

 [hb@localhost code_test]$ cat sig.c 
#include <stdio.h>
 
int main()
{
     while(1){
     printf("I am a process, I am waiting signal!\n");
     sleep(1);
     }
}
 
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
I am a process, I am waiting signal!
I am a process, I am waiting signal!
I am a process, I am waiting signal!
^C
[hb@localhost code_test]$

请将生活例子和 Ctrl-C 信号处理过程相结合，解释一下信号处理过程
进程就是你，操作系统就是快递员，信号就是快递

3. 注意

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 用kill -l命令可以察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,本章只讨论编号34以下的信号,不讨论实时信号。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

6. 信号处理常见方式概览

(sigaction函数稍后详细介绍),可选的处理动作有以下三种:

1. 忽略此信号。

2. 执行该信号的默认处理动作。

3. 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执行这个处理函数,这种方式称为捕捉

(Catch)一个信号。

产生信号

1. 通过终端按键产生信号

SIGINT的默认处理动作是终止进程,SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且Core Dump,现在我们来验证一下。

Core Dump

首先解释什么是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 -c 1024

然后写一个死循环程序:

前台运行这个程序,然后在终端键入Ctrl-C（貌似不行）或Ctrl-\（介个可以）:

ulimit命令改变了Shell进程的Resource Limit,test进程的PCB由Shell进程复制而来,所以也具有和Shell进程相同的Resource Limit值,这样就可以产生Core Dump了。使用core文件：

2. 调用系统函数向进程发信号

首先在后台执行死循环程序,然后用kill命令给它发SIGSEGV信号。

4568是test进程的id。之所以要再次回车才显示 Segmentation fault ,是因为在4568进程终止掉之前已经回到了Shell提示符等待用户输入下一条命令,Shell不希望Segmentation fault信息和用户的输入交错在一起,所以等用户输入命令之后才显示。
指定发送某种信号的kill命令可以有多种写法,上面的命令还可以写成 kill -SIGSEGV 4568 或 kill -11 4568 , 11是信号SIGSEGV的编号。以往遇到的段错误都是由非法内存访问产生的,而这个程序本身没错,给它发SIGSEGV也能产生段错误。

kill命令是调用kill函数实现的。kill函数可以给一个指定的进程发送指定的信号。raise函数可以给当前进程发送指定的信号(自己给自己发信号)。

#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int signo);
int raise(int signo);

这两个函数都是成功返回0,错误返回-1。

abort函数使当前进程接收到信号而异常终止。

#include <stdlib.h>
void abort(void);

就像exit函数一样,abort函数总是会成功的,所以没有返回值。

3. 由软件条件产生信号

SIGPIPE是一种由软件条件产生的信号,在“管道”中已经介绍过了。本节主要介绍alarm函数和SIGALRM信号。

#include <unistd.h>
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。

这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。打个比方,某人要小睡一觉,设定闹钟为30分钟之后响,20分钟后被人吵醒了,还想多睡一会儿,于是重新设定闹钟为15分钟之后响,“以前设定的闹钟时间还余下的时间”就是10分钟。如果seconds值为0,表示取消以前设定的闹钟,函数的返回值仍然是以前设定的闹钟时间还余下的秒数

例 alarm

这个程序的作用是1秒钟之内不停地数数,1秒钟到了就被SIGALRM信号终止。

4. 硬件异常产生信号

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为SIGSEGV信号发送给进程。

信号捕捉初识

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 
void handler(int sig)
{
 printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
 
int main()
{
 signal(2, handler); //前文提到过，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，提前了
解一下

 while(1);
 return 0;
}
 
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^\Quit (core dumped)
[hb@localhost code_test]$

模拟一下野指针异常

 
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 
void handler(int sig)
{
 printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
 
int main()
{
 signal(2, handler); //前文提到过，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，提前了
解一下

 while(1);
 return 0;
}
 
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^\Quit (core dumped)
[hb@localhost code_test]$ 
//默认行为

[hb@localhost code_test]$ cat sig.c 
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 
void handler(int sig)
{
 printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
 
int main()
{
 //signal(SIGSEGV, handler);
 sleep(1);
 int *p = NULL;
 *p = 100;
 
 while(1);
 return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
Segmentation fault (core dumped)
[hb@localhost code_test]$ 
 
//捕捉行为
 
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 
void handler(int sig)
{
 printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
 
int main()
{
 signal(2, handler); //前文提到过，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，提前了
解一下

 while(1);
 return 0;
}
 
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^\Quit (core dumped)
[hb@localhost code_test]$ 
//默认行为

[hb@localhost code_test]$ cat sig.c 
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 
void handler(int sig)
{
 printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
 
int main()
{
 //signal(SIGSEGV, handler);
 sleep(1);
 int *p = NULL;
 *p = 100;
 
 while(1);
 return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
Segmentation fault (core dumped)
[hb@localhost code_test]$ 
 
//捕捉行为

由此可以确认，我们在C/C++当中除零，内存越界等异常，在系统层面上，是被当成信号处理的。

总结思考一下

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？OS是进程的管理者
信号的处理是否是立即处理的？在合适的时候
信号如果不是被立即处理，那么信号是否需要暂时被进程记录下来？记录在哪里最合适呢？
一个进程在没有收到信号的时候，能否能知道，自己应该对合法信号作何处理呢？
如何理解OS向进程发送信号？能否描述一下完整的发送处理过程？

阻塞信号

1. 信号其他相关常见概念

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.
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。

2. 在内核中的表示

信号在内核中的表示示意图

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。本章不讨论实时信号。

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。下一节将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。

4. 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 <signal.h>
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);

sigset_t 是 POSIX 标准中的一个数据类型，用于存储信号集（signal sets）。以下是对 sigset_t 相关操作函数的用法和解释：

sigemptyset()
- 用法：int sigemptyset(sigset_t *set);
- 解释：该函数将指定的信号集初始化为空。也就是说，除了SIGKILL和SIGSTOP信号之外，所有信号都被清除（在大多数系统上，SIGKILL和SIGSTOP信号无法被阻塞或解除阻塞，因此它们默认被包含在空集中）。
sigfillset()
- 用法：int sigfillset(sigset_t *set);
- 解释：该函数将指定的信号集填充为所有可能的信号。在大多数系统中，这包括了所有信号，但是某些信号（如SIGKILL和SIGSTOP）可能无法被阻塞或解除阻塞，因此它们不会被包含在填充集中。
sigaddset()
- 用法：int sigaddset(int sig, sigset_t *set);
- 解释：该函数将指定的信号 sig 添加到信号集 set 中。如果该信号已经存在于信号集中，函数调用不会改变信号集的状态。
sigdelset()
- 用法：int sigdelset(int sig, sigset_t *set);
- 解释：该函数从信号集 set 中删除指定的信号 sig。如果该信号不在信号集中，函数调用不会改变信号集的状态。
sigismember()
- 用法：int sigismember(const sigset_t *set, int sig);
- 解释：该函数检查指定的信号 sig 是否存在于信号集 set 中。如果存在，函数返回非零值；如果不存在，返回零。

下面是这些函数的一些使用例子：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    sigset_t set;

    // 初始化信号集为空
    sigemptyset(&set);
    printf("Initial set is empty: %d\n", sigismember(&set, SIGINT)); // 应该输出0

    // 添加SIGINT到信号集
    sigaddset(&set, SIGINT);
    printf("After sigaddset: %d\n", sigismember(&set, SIGINT)); // 应该输出1

    // 删除SIGINT从信号集
    sigdelset(&set, SIGINT);
    printf("After sigdelset: %d\n", sigismember(&set, SIGINT)); // 应该输出0

    return 0;
}

在实际的程序中，这些函数通常用于信号处理，比如在多线程程序中，可以通过设置信号集来控制哪些信号将被阻塞。例如，你可以阻塞一个信号直到某个操作完成，然后解除阻塞，从而避免信号中断这个操作。

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。

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。

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)。

#include <signal.h>
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

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。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。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。

ISIG_BLOCK	set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号，相当mask=mask\|set
ISIG_UNBLOCK	set包含了我们希望从当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号，相当mask=mask&~set
SIG_SETMASK	设置当前信号屏蔽字为set所指向的值，相当于mask=set

如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达。

sigpending

 
#include <signal.h>
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 
#include <signal.h>
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:

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。

捕捉信号

记忆方法

1. 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。

2. sigaction

#include <signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);

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。

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。 sa_ﬂags字段包含一些选项,本章的代码都把sa_ﬂags设为0,sa_sigaction是实时信号的处理函数,本章不详细解释这两个字段,有兴趣的同学可以在了解一下。

可重入函数

main函数调用insert函数向一个链表head中插入节点node1,插入操作分为两步,刚做完第一步的时候,因为硬件中断使进程切换到内核,再次回用户态之前检查到有信号待处理,于是切换到sighandler函数,sighandler也调用insert函数向同一个链表head中插入节点node2,插入操作的两步都做完之后从sighandler返回内核态,再次回到用户态就从main函数调用的insert函数中继续往下执行,先前做第一步之后被打断,现在继续做完第二步。结果是,main函数和sighandler先后向链表中插入两个节点,而最后只有一个节点真正插入链表中了。
像上例这样,insert函数被不同的控制流程调用,有可能在第一次调用还没返回时就再次进入该函数,这称为重入,insert函数访问一个全局链表,有可能因为重入而造成错乱,像这样的函数称为不可重入函数,反之,如果一个函数只访问自己的局部变量或参数,则称为可重入(Reentrant) 函数。想一下,为什么两个不同的控制流程调用同一个函数,访问它的同一个局部变量或参数就不会造成错乱?

如果一个函数符合以下条件之一则是不可重入的:

调用了malloc或free,因为malloc也是用全局链表来管理堆的。
调用了标准I/O库函数。标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构。

volatile

该关键字在C当中我们已经有所涉猎，今天我们站在信号的角度重新理解一下

[hb@localhost code_test]$ cat sig.c 
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 
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;
}
 
[hb@localhost code_test]$ cat Makefile 
sig:sig.c
 gcc -o sig sig.c #-O2
.PHONY:clean
clean:
 rm -f sig
 
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
^Cchage flag 0 to 1
process quit normal

标准情况下，键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉，执行自定义动作，修改 flag＝1 ， while 条件不满足,退出循环，进程退出

[hb@localhost code_test]$ cat sig.c 
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 
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;
}
 
[hb@localhost code_test]$ cat Makefile 
sig:sig.c
 gcc -o sig sig.c -O2
.PHONY:clean
clean:
 rm -f sig
 
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
^Cchage flag 0 to 1
^Cchage flag 0 to 1
^Cchage flag 0 to 1

优化情况下，键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉，执行自定义动作，修改 flag＝1 ，但是 while 条件依旧满足,进程继续运行！但是很明显ﬂag肯定已经被修改了，但是为何循环依旧执行？很明显， 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。如何解决呢？很明显需要 volatile

[hb@localhost code_test]$ cat sig.c 
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 
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;
}
 
[hb@localhost code_test]$ cat Makefile 
sig:sig.c
 gcc -o sig sig.c -O2
.PHONY:clean
clean:
 rm -f sig
 
[hb@localhost code_test]$ ./sig
^Cchage flag 0 to 1
process quit normal

volatile 作用：保持内存的可见性，告知编译器，被该关键字修饰的变量，不允许被优化，对该变量的任何操作，都必须在真实的内存中进行操作

SIGCHLD信号

进程一章讲过用wait和waitpid函数清理僵尸进程,父进程可以阻塞等待子进程结束,也可以非阻塞地查询是否有子进程结束等待清理(也就是轮询的方式)。采用第一种方式,父进程阻塞了就不能处理自己的工作了;采用第二种方式,父进程在处理自己的工作的同时还要记得时不时地轮询一下,程序实现复杂。

其实,子进程在终止时会给父进程发SIGCHLD信号,该信号的默认处理动作是忽略,父进程可以自定义SIGCHLD信号的处理函数,这样父进程只需专心处理自己的工作,不必关心子进程了,子进程终止时会通知父进程,父进程在信号处理函数中调用wait清理子进程即可。

请编写一个程序完成以下功能:父进程fork出子进程,子进程调用exit(2)终止,父进程自定义SIGCHLD信号的处理函数,在其中调用wait获得子进程的退出状态并打印。

事实上,由于UNIX 的历史原因,要想不产生僵尸进程还有另外一种办法:父进程调用sigaction将SIGCHLD的处理动作置为SIG_IGN,这样fork出来的子进程在终止时会自动清理掉,不会产生僵尸进程,也不会通知父进程。系统默认的忽略动作和用户用sigaction函数自定义的忽略通常是没有区别的,但这是一个特例。此方法对于Linux可用,但不保证在其它UNIX系统上都可用。请编写程序验证这样做不会产生僵尸进程。

自己总结一下：

思路：1 2 3

1.信号的概念

1.信号的概念搞定---输出一堆的结论，支撑我们对信号的理解
信号弹，下课上课铃声，求偶，红绿灯，快递发短信取件码，旗语，狼烟，发令枪，军训哨子，cctalk提示上课，闹钟，外卖的电话。冲锋号...
a.你怎么认识这些信号的??有人教我->我记住了
b.即便是我们现在没有信号产生，我也知道信号产生之后，我该干什么?
c.信号产生了，我们可能并不立即处理这个信号，在合适的时候，因为我们可能正在做更重要的事情·…所以，信号产生后-时间窗口···信号处理时··在这个时间窗口内，你必须记住信号到来!

进程啦

1.进程必须识别+能够处理信号———信号没有产生，也要具备处理信号的能力———信号的处理能力，属于进程内置功能的一部分

2.进程即便是没有收到信号，也能知道哪些信号该怎么处理

3.当进程真的收到了一个具体的信号的时候，进程可能并不会立即处理这个信号，合适的时候

4.一个进程必须当信号产生，到信号开始被处理，就一定会有时间窗口，进程具有临时保存哪些信号已经发生了的能力

文件

2：信号的产生

实时信号：

必须立刻尽快处理

前台进程：

这样运行进程后，再输入指令（指令由（shell）bash执行）会什么用也没有（linux只允许有一个前台进程），ctrl c就杀死了

ctrl+c本质是被进程解释成为收到了信号，2号信号

bash也是前台进程，当./myprocess运行起来，前台进程就变了，所以没法输入了，输入指令不会执行了就

后台进程，加个&，ctrl c,杀不死

因为后台进程，输入指令时，是发送给前台进程bash的，ctrl c也是如此，但bash有特殊处理，ctrl c不退出

区分

信号的处理方式：

(sigaction函数稍后详细介绍),可选的处理动作有以下三种:

1. 忽略此信号。

2. 执行该信号的默认处理动作。

3. 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执行这个处理函数,这种方式称为捕捉

(Catch)一个信号。

signal

signal - C++ Reference (cplusplus.com)

第一个参数signum是信号编号1-62

第二个：函数指针类型

这里signal，不会立刻被调用，后面收到了这个信号才会被调用

测试：ctrl c不再是终止了，被我们自己重定义并捕获了

想让退出就加一个exit

键盘数据是如何输入给内核的，ctrl+c又是如何变成信号的—谈谈硬件了（键盘是基于硬件中断工作的）

操作系统根本不需要自己检查外设是否有数据

显示器和键盘是不同的文件

信号的产生和我们自己的代码的运行时异步(各自干各自的)的

ctrl \就是3号信号（键盘组合键）

不是所有的信号都是可以被signal捕捉的，比如：19，9，1-31中只有19和9，9是杀死，19是停止

测试不能被捕捉的，9不可以

19也不可以

kill命令

用法直接用

kill系统命令（2号手册）(模拟实现一个kill)

这里！=3的原因是：只有3个参数，写三个参数，agrc为3，不为3，再用法错误，argv[0]，是你输入命令行中的第一个字符串

signum是信号编号（是int型），又因为argv[]，传进来的方式一定是一个字符串，所以要stoi一下，将argv[1]转成一个整数，模拟的是（例如：kill -9 pid），所有argv[1]是个字符串的数字

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

using namespace std;

void Usage(string proc)
{
    cout << "Usage:\n\t" << proc << "signum pid\n\n" << getpid() << endl;
    // exit(1);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(1);
    }
    //命令行输入的第2个，就是几号信号                                                   
    int signum = stoi(argv[1]);
    pid_t pid = stoi(argv[2]);

    int n = kill(pid, signum);
    if(n == -1)
    {
        perror("kill");
        exit(2);
    }

    return 0;
}

测试：自己模拟的不带-

第二个2是信号，第三个是进程Pid

raise

raise - C++ Reference (cplusplus.com)

5秒后给自己一个2号信号

abort

abort - C++ Reference (cplusplus.com)

代码

两秒后就退出了

测试是不是6号新号

将6号信号改一下，执行cout里的内容，并捕捉一下signo（也就是信号）

但自己还是aborted，说明abrot函数很特殊，但如果用kill -6 pid，就不会直接退出，会继续执行signal(....)改变的东西

信号产生的方式！但是无论信号如何产生，最终一定是谁发送给进程的？OS

为什么？OS是进程的管理者！！

信号保存

异常（进程出现异常不一定退出（自定义捕捉后就不退出了））

测试/0是不是8号信号

会出现进程一直存在现象（因为自定义捕捉了）

这样就退出了

这种情况，11号信号

异常（语言上的问题触发了硬件上的问题，被OS检测到了），只会由硬件产生吗？？？

alarm（闹钟）（14信号）

返回值是剩余的时间，8点的闹钟，7点醒，就返回1

进程不可以停

检测是不是14，闹钟只响了一次，不是异常，

5秒响一次，handler函数只有闹钟响的时候才会被调用，，和上面signal捕捉几号信号一样

信号的保存和发送

只有操作系统可以修改它

信号的保存

普通信号（1-31）用位图（可能会丢失）（位图）

34-64是实时信号（立即处理不能丢失）（双链表（队列））

阻塞信号

1. 信号其他相关常见概念

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.

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。

信号保存

忽略二号信号

0/1

DFL是默认终止的

测试kill -2和ctrl c都失效了，用的IGN测试,用DFL会停止

sigset_t(方便对block和pending表做操作）

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 <signal.h>
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。

sigprocmask（对block进行操作）（-1失败，0成功）

是 POSIX 标准中的一个函数，用于设置和获取进程的信号屏蔽字。信号屏蔽字是一个整数，它定义了哪些信号应该被进程阻塞。在 C/C++ 中，sigprocmask 函数的用法如下：

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)。

#include <signal.h>
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

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。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。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。

如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达。

sigpending（-1失败，0成功）

 
#include <signal.h>
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 
#include <signal.h>
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:

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。

屏蔽一个信号

定义一个sigset_t类型的变量

bset在哪里开辟的空间？？用户栈上的，属于用户区

对信号集进行了清空

向特定的信号集中添加信号

已经把2号信号屏蔽了吗？1/0,并没有设置进入到你的进程的task_struct

1.2调用系统调用，将数据设置进内核

用sigprocmask

把传进来的这个set集合要覆盖式的设置进进程的block位图里

把老的也先定义上

已经屏蔽了，但还没有收到二号信号

内核会自动在OS中把我们进程的pending位图填到pending中

我们不能对位图进行操作

测试，忽略了2号信号,ctrl和kill -2 都无效了

-9没法忽略

ctrl c一下就变成1了，为啥

因为这个

解除2号信号屏蔽

结果不会把1变成0，会终止掉进程（原来的2号信号本来就会终止），这说明，无论是屏蔽一个信号还是解除屏蔽，对不起，都不影响对这个信号怎么处理，说明他们是独立的三张表。

所以捕捉一下信号，把2号信号改成一直打印

这样就不会终止

把全部信号都屏蔽了（9，19号不能被屏蔽）

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

using namespace std;

void myhandler(int signo)
{
    cout << "catch a signo :" << signo << "pid:" << getpid() << endl;
    // exit(1);
}

void PrintPending(sigset_t &pending)
{
    for(int signo = 1; signo <= 31; signo++)
    {
        if(sigismember(&pending, signo))
        {
            cout<< "1";
        }
        else
        {
            cout<< "0";
        }
    }
    cout<<endl;
}

int main()
{
    //0.对2号信号进行自定义捕捉
    signal(2, myhandler);


    //1. 先对2号信号进行屏蔽 ---数据预备
    sigset_t bset;//bset在哪里开辟的空间？？用户栈上的，属于用户区
    sigset_t oset;
    sigemptyset(&bset);
    sigemptyset(&oset);//老的
    sigaddset(&bset, 2);//已经把2号信号屏蔽了吗？1/0并没有设置进入到你的进程的task_struct
    //1.2调用系统调用，将数据设置进内核
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &bset, &oset);

    //2.重复打印当前进程的pending 00000000000000000000000000000000
    sigset_t pending;
    int cnt = 0;
    while(true)
    {
        //2.1获取
        int n = sigpending(&pending);
        if(n < 0) continue;
        //2.2打印
        PrintPending(pending);
        sleep(1);
        cnt++;
        //2.3解除限制
        if(cnt == 20)
        {
            cout<< "unblock 2 signo" <<endl;
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr);
        }
    }
    
    // signal(2, SIG_IGN);
    // //signal(2, SIG_DFL);
    // while(1)
    // {
    //     cout<< "hellod signal " <<endl;
    //     sleep(1);
    // }
    return 0;
}

信号捕捉

signal可以，已经用过了

sigaction函数名和结构体名可以一样

第二个参数是输入型参数

第三个参数是输出型参数

不想保存oldact，直接设置成Nullptr就好了

用sigaction

虽然很多，但我们现在只用处理普通信号

用sigaction对2号信号进行自定义捕捉

先把数据清零

再把handler方法赋给act.sa_handler

测试

加了一个PrintPending，测试一下pending位图，什么时候从1->0，执行信号捕捉方法之前，先清0，再调用

结果是：当我们正在进行信号处理的时候，倘若我们已经进入到了信号的捕捉代码里，那么此时他是先把pending位图由0置1，由1再清零，然后再调用的hanlder方法

代码

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<cstring>
#include<signal.h>//sigaction的头文件

using namespace std;

void PrintPending()
{
    sigset_t set;
    sigpending(&set);
    for(int signo = 1; signo <= 31; signo++)
    {
        if(sigismember(&set, signo))
        {
            cout<<"1";
        }
        else cout<<"0";
    }
    cout<<endl;
}

void handler(int signo)
{
    PrintPending();
    cout<< "catch a signal, signal number: "<< signo<<endl;
}

int main()
{
    struct sigaction act, oact;
    memset(&act, 0, sizeof(act));
    memset(&oact, 0, sizeof(oact));
    act.sa_handler = handler;
    sigaction(2, &act, &oact);

    while(true)
    {
        cout<< "I am a process："<< getpid() <<endl;
        sleep(1);
    }


    return 0;
}

fork（）信号

进程一章讲过用wait和waitpid函数清理僵尸进程,父进程可以阻塞等待子进程结束,也可以非阻塞地查询是否有子进程结束等待清理(也就是轮询的方式)。采用第一种方式,父进程阻塞了就不能处理自己的工作了;采用第二种方式,父进程在处理自己的工作的同时还要记得时不时地轮询一下,程序实现复杂。

其实,子进程在终止时会给父进程发SIGCHLD信号,该信号的默认处理动作是忽略,父进程可以自定义SIGCHLD信号的处理函数,这样父进程只需专心处理自己的工作,不必关心子进程了,子进程终止时会通知父进程,父进程在信号处理函数中调用wait清理子进程即可。

请编写一个程序完成以下功能:父进程fork出子进程,子进程调用exit(2)终止,父进程自定义SIGCHLD信号的处理函数,在其中调用wait获得子进程的退出状态并打印。

事实上,由于UNIX 的历史原因,要想不产生僵尸进程还有另外一种办法:父进程调用sigaction将SIGCHLD的处理动作置为SIG_IGN,这样fork出来的子进程在终止时会自动清理掉,不会产生僵尸进程,也不会通知父进程。系统默认的忽略动作和用户用sigaction函数自定义的忽略通常是没有区别的,但这是一个特例。此方法对于Linux可用,但不保证在其它UNIX系统上都可用。请编写程序验证这样做不会产生僵尸进程。

子进程退出会有十七号信号

-1是代表任意一个子进程

问题：

因为handler中，信号还没处理完，会屏蔽默认处理的信号。，上面有将

解决办法带个循环

这样就可以退出全部

退一半的方法

用非阻塞的方式

直接忽略17信号，就不用再等待了，直接就退出了，没有僵尸进程了

SIG_IGN默认忽略的意思，

我的博客即将同步至腾讯云开发者社区，邀请大家一同入驻：https://cloud.tencent.com/developer/support-plan?invite_code=3vtuwevgbfms4

信号入门

1. 生活角度的信号

2. 技术应用角度的信号

3. 注意

4. 信号概念

5. 用kill -l命令可以察看系统定义的信号列表

6. 信号处理常见方式概览

产生信号

1. 通过终端按键产生信号

Core Dump

2. 调用系统函数向进程发信号

3. 由软件条件产生信号

4. 硬件异常产生信号

信号捕捉初识

模拟一下野指针异常

总结思考一下

阻塞信号

1. 信号其他相关常见概念

2. 在内核中的表示

3. sigset_t

4. 信号集操作函数

sigprocmask

sigpending

捕捉信号

记忆方法

1. 内核如何实现信号的捕捉

2. sigaction

可重入函数

volatile

SIGCHLD信号

自己总结一下：

思路：1 2 3

1.信号的概念

文件

2：信号的产生

实时信号：

前台进程：

后台进程，加个&，ctrl c,杀不死

区分

信号的处理方式：

signal

测试：ctrl c不再是终止了，被我们自己重定义并捕获了

想让退出就加一个exit

键盘数据是如何输入给内核的，ctrl+c又是如何变成信号的—谈谈硬件了（键盘是基于硬件中断工作的）

显示器和键盘是不同的文件

信号的产生和我们自己的代码的运行时异步(各自干各自的)的

ctrl \就是3号信号（键盘组合键）

不是所有的信号都是可以被signal捕捉的，比如：19，9，1-31中只有19和9，9是杀死，19是停止

kill命令

kill系统命令（2号手册）(模拟实现一个kill)

raise

abort

信号产生的方式！但是无论信号如何产生，最终一定是谁发送给进程的？OS

为什么？OS是进程的管理者！！

信号保存

异常（进程出现异常不一定退出（自定义捕捉后就不退出了））

测试/0是不是8号信号

异常（语言上的问题触发了硬件上的问题，被OS检测到了），只会由硬件产生吗？？？

alarm（闹钟）（14信号）

信号的保存和发送

普通信号（1-31）用位图（可能会丢失）（位图）

34-64是实时信号（立即处理 不能丢失）（双链表（队列））

阻塞信号

信号保存

忽略二号信号

sigset_t(方便对block和pending表做操作）

sigprocmask（对block进行操作）（-1失败，0成功）

sigpending（-1失败，0成功）

屏蔽一个信号

对信号集进行了清空

用sigprocmask

已经屏蔽了，但还没有收到二号信号

我们不能对位图进行操作

解除2号信号屏蔽

信号捕捉

fork（）信号

悦读

34-64是实时信号（立即处理不能丢失）（双链表（队列））