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1 - 信号捕捉初识
2 - 阻塞信号
2.1 - 信号其他相关常见概念
2.2 - 在内核中的表示
2.3 - sigset_t
2.4 - 信号集操作函数
2.5 - sigprocmask
2.6 - sigpending
3 - 捕捉信号
3.1 - 内核如何实现信号的捕捉
3.2 -…目录
1 - 信号捕捉初识
2 - 阻塞信号
2.1 - 信号其他相关常见概念
2.2 - 在内核中的表示
2.3 - sigset_t
2.4 - 信号集操作函数
2.5 - sigprocmask
2.6 - sigpending
3 - 捕捉信号
3.1 - 内核如何实现信号的捕捉
3.2 - sigaction
3.3 - 可重入函数
3.4 - volatile
4 - SIGCHLD信号 1 - 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); //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; } [hglocalhost code_test]$ ./sig ^Ccatch a sig : 2 ^Ccatch a sig : 2 ^Ccatch a sig : 2 ^Ccatch a sig : 2 ^\Quit (core dumped) [hglocalhost code_test]$ 模拟一下野指针异常 //默认行为 [hglocalhost 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; } [hglocalhost code_test]$ ./sig Segmentation fault (core dumped) [hglocalhost code_test]$ //捕捉行为 [hglocalhost 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; } [hglocalhost code_test]$ ./sig [hglocalhost code_test]$ ./sig catch a sig : 11 catch a sig : 11 catch a sig : 11 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。
2 - 阻塞信号
2.1 - 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。
2.2 - 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。
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。 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。
2.4 - 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.hint sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismemberconst 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。
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。
2.5 - 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。
SIG_BLOCKset包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号相当于mask mask|setSIG_UNBLOCKset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于mask mask~setSIG_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。
2.6 - sigpending #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。
3 - 捕捉信号 3.1 - 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。
3.2 - sigaction
#include signal.hint 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字段包含一些选项这里都把sa_flags设为0sa_sigaction是实时信号的处理函数。
3.3 - 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。
3.4 - volatile [hglocalhost 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; } [hglocalhost code_test]$ cat Makefile sig:sig.c gcc -o sig sig.c #-O2 .PHONY:clean clean: rm -f sig [hglocalhost code_test]$ ./sig ^Cchage flag 0 to 1 process quit normal 标准情况下键入CTRL-C2号信号被捕捉执行自定义动作修改flag1 while条件不满足退出循环进程退出。 [hglocalhost 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; } [hglocalhost code_test]$ cat Makefile sig:sig.c gcc -o sig sig.c -O2 .PHONY:clean clean: rm -f sig [hglocalhost 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-C2号信号被捕捉执行自定义动作修改flag1 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。 [hglocalhost 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; } [hglocalhost code_test]$ cat Makefile sig:sig.c gcc -o sig sig.c -O2 .PHONY:clean clean: rm -f sig [hglocalhost 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。
4 - SIGCHLD信号
之前的进程文章用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UNI 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。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include stdio.h
#include stdlib.h
#include signal.hvoid handler(int sig)
{pid_t id;while ((id waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) 0) {printf(wait child success: %d\n, id);}printf(child is quit! %d\n, getpid());
}int main()
{signal(SIGCHLD, handler);pid_t cid;if ((cid fork()) 0) {//childprintf(child : %d\n, getpid());sleep(3);exit(1);}while (1) {printf(father proc is doing some thing!\n);sleep(1);}return 0;
} 感谢各位大佬支持
互三啦
