【Linux】信号屏蔽与信号捕捉的原理与实现(附图解与代码)

这一篇的篇幅可能有点长，如果已经了解了前两部分的同学可以自行跳到第三部分——信号屏蔽的实现。

不太了解的同学希望你们能够静下心来看完，相信一定会有不小的收获。那么话不多说，我们这就开始啦！！！

目录

信号在进程中的传递过程​

信号的三大行为和五种动作

信号屏蔽的实现

信号屏蔽相关的特殊数据类型与函数

实现信号屏蔽的具体步骤

信号捕捉的实现

信号捕捉相关的特殊数据类型与函数

实现信号捕捉的具体步骤

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想要明白如何实现信号屏蔽和信号捕捉，我们就要先了解两个知识点

1.  信号如何在进程中传递
2. 信号的三大行为和五种动作

而想要了解这两个知识点，我们又得先来了解一些基础概念

1. PCB中有两个信号集，分别是未决信号集和屏蔽字
2. 这两个信号集都是由若干个位构成的，系统支持多少个信号，信号集就有多少个信号位，每个信号都走自己对应的那个位置
3. 信号位的位码分别是0或1，每个信号位就好比一扇门，1表示禁止通过，0表示允许通过，默认情况下每个信号位的位码均为0，也就是开门状态
4. 未决信号集的信号位位码由系统设置，屏蔽字的信号位位码可由用户自己设置，以屏蔽某些特定信号

在了解了这些基础概念之后，我们就可以来了解信号在进程中的传递过程了，以2号信号—SIGINT举例，具体情况如下图所示

信号在进程中的传递过程

从以上图中，我们可以得出一些有趣的信息，那就是Unix经典信号(1-31号信号)是不支持排队的，同一时间最多处理两个信号，其余的信号都会被直接丢弃掉

但要注意的是，自定义信号(34-64号信号)是支持排队的，采用自定义信号队列来帮助信号进行排队。为什么这两大类信号会有这样的差别呢？这就要涉及到这两大类信号的功能了。

我们知道，1-31号信号大多是用来杀死或挂起进程的，而进程你杀一次或者挂起一次就行了，你要是支持排队的话，那就会变成来一个信号杀一次，来一个信号又杀一次，杀完之后继续杀，咋的，杀一次不过瘾，还要鞭尸啊？这也就是Unix经典信号不支持排队的原因。

而34-64号信号为什么排队呢？举个例子，相信大家都用遥控器换过台，遥控器也是通过信号来完成任务，这里的信号涉及到的就是自定义信号，你连按十次换台键，难道电视只给你换一个台吗？这也就是自定义信号支持排队的原因，它们的工作主要是绑定任务或事件，所以需要支持排队。

信号的三大行为和五种动作

三大行为与五种动作其实就是我们讲的handler里面的详细内容，具体如下图所示

所谓的三大行为就是：SIG_DFL—默认行为、SIG_IGN—忽略行为、SIG_ACTION—捕捉行为

默认情况下，如果我们不做特殊处理的话，信号都会执行默认行为，五种动作也就是默认行为中的五种默认处理动作

这些相信大家都能从上面的图中看出来，这里我们讲一讲捕捉行为

其实也很简单，捕捉函数是由用户实现的，我们可以在这个函数中实现我们想要完成的功能。

当进程的PCB接收到对应信号时，就会触发对应的捕捉函数，在让信号失效的同时也会完成我们所要求的功能

由此，也就引出了本篇博客的正题，让信号失效的三种方式：

1. 信号忽略，将信号挡在未决信号集外或让信号进入忽略行为
2. 信号屏蔽，将信号延迟递达，阻塞在未决信号集和屏蔽字之间
3. 信号捕捉，让信号进入捕捉行为并使其执行用户自定义的捕捉函数

但要注意的是，不是所有的信号都能够被失效，因为一旦出现进程出现错误，或者是出现病毒，很可能系统发现了问题，但由于信号都被屏蔽，无法杀死对应进程或病毒

所以操作系统保留了两个高级操作信号，他们不按照上述流程在进程中传递且无法被失效，这两个信号就是9号信号—SIGKILL与19号信号—SIGSTOP，一个用来杀死进程，一个用来挂起进程

信号屏蔽的实现

先和大家说一句，下面所需要的特殊数据类型和相关函数的头文件都是 #include 

#include：信号头文件，定义信号符号常量，信号结构以及信号操作函数原型。

接下来我们来了解一下实现信号屏蔽需要用到的特殊数据类型与相关函数

信号屏蔽相关的特殊数据类型与函数

实现信号屏蔽需要用到一个特殊的数据类型，叫做信号集类型，也就是sigset_t，这里我定义一个信号集类型的变量set，也就是sigset_t set;

再定义一个变量int signo;  signo——信号序号

以下是实现信号屏蔽常用的相关函数

注释①：注意这里的signo要传入的是信号名而不是信号编号，就比如我们想要屏蔽SIGINT信号，但是不同系统下同样信号的信号编号可能不一样，可能系统1中SIGINT的信号编号是2，系统2中SIGINT的信号编号是3，所以我们在传入时都是直接传入信号名而不是信号编号

注释②：sigprocmask函数的参数介绍

了解完这些之后，我们就可以来实现信号屏蔽了

实现信号屏蔽的具体步骤

我们来完成一个功能——让进程屏蔽SIGINT信号，具体如下所示

代码实现

//sig_shield.c
 
#include
#include
#include
#include
 
int main(void)
{
    sigset_t newset;//初始化一个信号集
    sigemptyset(&newset);//将所有信号位位码全部置为0
    sigaddset(&newset , SIGINT);//屏蔽SIGINT信号，将其对应信号位的位码置为1
    int bitcode = sigismember(&newset , SIGINT);//利用sigismember函数检验位码是否被置为1
    if(bitcode == 1){
        printf("新信号集设置成功！\n");
    }
    else{
        printf("新信号集设置失败！\n");
        exit(1);
    }
    sigprocmask(SIG_SETMASK , &newset , NULL);//用新信号集替换屏蔽字以得到新的屏蔽字,不传出旧的屏蔽字
    //写一个死循环，让进程一次睡一秒，同时测试终端界面下CTRL+C能否杀死该进程
    int count = 0;
    while(1){
        sleep(1);
        count++;
        printf("        count = %d\n" , count);
    }
    exit(0);
}

图解

我们可以很清楚地发现，CTRL+C所发出的SIGINT信号被屏蔽掉了，CTRL+\发出的SIGQUIT信号成功过杀死了进程，以上，简单的信号屏蔽就实现了，是不是很轻松呢？

接下来，我们来了解一下信号捕捉的相关知识和具体实现吧

信号捕捉的实现

在之前的讲解中，我们提到过，信号一共有三种行为，分别是：SIG_DFL(默认行为)、SIG_IGN(忽略行为)、SIG_ACTION(捕捉行为)

正常情况下，信号是走默认行为的，想要实现信号捕捉，也就意味着我们要对进行信号行为选择，让其走入信号行为，而要进入捕捉行为，代表信号要进入handler，这也就意味着信号必须要先通过未决信号集和屏蔽字，变成递达态，才能够进入处理流程

信号捕捉相关的特殊数据类型与函数

这里就涉及到了一个结构体：叫做struct sigaction ,  我们来介绍一下这个结构体里的成员

这里我们定义两个变量，分别是struct sigaction act;和 struct sigaction old_act;

然后我们就要了解一个函数，用于改变信号的行为，这个函数和上面的结构体同名，叫做sigaction函数

了解完这些之后，我们就可以实现信号捕捉了

实现信号捕捉的具体步骤

代码实现

//Sig_Catch.c
 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
//这个n不是我们填入的，是系统填入的信号序号
void sig_do(int n){
    printf("成功捕捉%d信号\n",n);
}
 
int main()
{
    struct sigaction act , old_act;//创建两个sigaction类型的结构体
    act.sa_handler = sig_do;//令信号从默认行为变成捕捉行为
    act.sa_flags = 0;//默认选项，不做特殊处理
    sigemptyset(&act.sa_mask);//初始化结构体中的sa_mask
    sigaction(SIGINT , &act , &old_act);//将信号SIGINT的行为替换为捕捉行为，并传出原有行为
    //写一个死循环，每次睡一秒，看CTRL+C能否杀死该进程
    while(1){
	    sleep(1);
    }
    return 0;
}

图解

以上就是本篇博客的全部内容了，大家有什么地方没有看懂的话，可以在评论区留言给我，咱要力所能及的话就帮大家解答解答

今天的学习记录到此结束啦，咱们下篇文章见，ByeBye！