深度剖析Linux信号机制

信号的概念

Linux中的信号是进程异步通信的一种方式。

当某个信号发送到一个进程上，那么该进程就会分析该信号是什么信号，进而做出不同的处理动作。

信号的分类

信号分为两类：不可靠信号与可靠信号。

不可靠信号（1-31）：也称为非实时信号，不支持排队，可能会丢失（当相同信号发送多次时，效果相当于发送一次）；

可靠信号（34-64）：也称为实时信号，支持排队，不会丢失。

本章节只讨论不可靠信号。

信号的产生方式

从键盘获取

比如：

Ctrl + c向进程发送2号信号SIGINT

Ctrl + \向进程发送3号信号SIGQUIT

Ctrl + z向进程发送20号信号SIGTSTP

通过系统调用

比如：

kill系统调用可以向指定进程发送指定信号

kill命令可以向指定进程发送指定信号（kill命令内部就是调用了kill系统调用）

raise函数可以向调用进程发送指定信号（就相当于kill(getpid(), signo)）

abort函数可以向调用进程发送6号信号SIGABRT（就相当于kill(getpid(), 6)）

硬件异常

比如在代码中进行了除零运算或者野指针访问，那么OS会自动向该进程发送8号信号SIGPIPE或11号信号SIGSEGV

OS是如何知道该进程进行了除零运算或野指针访问的呢？其实CPU中有一个状态寄存器，该寄存器有很多标志位，能够存储当前运算结果的某些特定状态信息（进位、溢出、零值等），OS通过访问该状态寄存器里的标志位，就能够知道当前进程发生了哪些错误进而发送对应的信号。

软件条件

像alarm函数，可以设定一个闹钟，在铃响的时候由OS向调用进程发送14号信号SIGALRM

如何处理信号的到来

当信号到来时，会有三种动作：

1. 默认处理动作（信号到来时，进行由官方人员写好的处理动作，绝大部分是中止进程）
2. 忽略动作（信号到来时，对该信号不进行任何处理动作）
3. 自定义动作（信号到来时，进行自己编写好的处理动作）

只有第三种动作，我们才能让指定信号到来时进行自己想要的动作，那么此时我们就必须有一个函数，能够让我们进行“注册”（对某种信号注册自定义动作）。signal函数就是用来进行注册的。

void handler(int signo) {                                                                            
     /*自定义动作*/
}
int main() {
    signal(SIGINT, handler); /*运行注册函数，完成对SIGINT信号的自定义动作的注册*/
    // 下面就是正常要写的代码
    while(1);
    return 0;
}
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但是有些信号还是无法进行注册的，比如9号信号SIGKILL

sigaction函数也可以完成上面的操作。

信号的更深入剖析

• 实际执行信号的处理动作叫做信号递达
• 信号从产生到递达之间的状态叫做信号未决
• 一个信号是可以被阻塞的，当该信号被阻塞时，该信号不会进行信号递达，只能保持在信号未决，当阻塞被解除时才会进行信号递达

在进程PCB中有两个位图（pending位图和block位图）

• pending位图（32位整形）：每一个bit位标识了一种信号，bit位上的内容表示该信号是否到来（是否处于信号未决状态）
• block位图（32位整形）：每一个bit位标识了一种信号，bit位上的内容表示该信号是否被阻塞

还有一个函数指针数组：大小为32，每个指针都是对应信号的处理动作

信号的处理动作是何时进行的？

是在内核态转变为用户态的时候！

当我们每次从内核态切换的时候，都会进行一次信号检测，检测pending位图中有没有需要处理的信号，当这些信号的动作是默认动作或者忽略动作时，直接就又返回用户态了。而当这些信号的动作是自定义动作时，会返回用户态执行handler自定义动作，执行完之后，返回内核态，然后再返回用户态。

当有一大批同种信号到来时会怎样？

首先pending位图该标志位置1，然后当信号检测时发现该信号到来了，那么就把该标志位置0同时block的该标志位置1，再去执行该信号的动作，假设该动作持续时间很长（比如handler中一直在循环），然后又有同种信号来了，此时pengding位图此标志位仍然置1，但此时该信号已经被阻塞（屏蔽）了，此后如果一直来同种信号，那么该标志位一直置1。当handler执行完了后，block上的该位会置0（解除该信号的屏蔽），由于在内核态返回用户态的过程中又会进行一次信号检测，此时由于pengding位图中的该标志位置1，block置0，所以又会进行一次该信号的handler动作。

所以，当一大批同种信号到来时，一般会按顺序执行两次该信号的处理动作。

Linux也提供了一批信号相关的系统调用

处理信号集

#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);
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设置block信号集

#include 
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
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获取pending信号集

#include 
int sigpending(sigset_t *set);
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