实验七 信号

项目	内容
这个作业属于哪个课程	2020春季Linux系统与应用(南昌航空大学 - 信息工程学院)
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学号-姓名	17041517-漆京
作业学习目标	1、了解信号的概念 2、掌握信号处理的方法

1.编写一个简单的程序并运行，然后向该进程发送不同的信号以观察该进程对接收到信号的反应。

//hellosignal.c
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
int main() 
{ 
	printf("hello signal! I'm %d
", getpid()); 
	while(1) 
	{ 
		write(STDOUT_FILENO, ".", 1); 
		sleep(10); 
	}
return 0;
}

在终端编译并运行该程序:

//hellosignal.c(修改后)
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
int main() 
{ 
	printf("Hello Signal! I'm %d
", getpid()); 
	while(1) 
	{ 
		write(STDOUT_FILENO, "*", 1); 
		sleep(10); 
	}
return 0;
}

通过上述两程序对比，可看出对应输出的关系

(1)在当前终端通过按键组合向该进程发送信号 CTRL+C、CTRL+Z、CTRL+ 

观察三种信号及其对应的进程反应

(2)另外再开启一个终端，在终端通过输入 kill 命令来给进程发送信号，进程的 pid 在程序运行的第一行输出。

在终端通过输入 kill -l 来查看当前系统当中的信号列表:

重新运行程序:

看到程序输出自己的 pid 是2928，在另开一个终端,通过 kill 命令向该进程发送信号;

再切换到运行程序的终端来观察进程接收到信号后的反应:

 对于 kill 命令我们可以查看手册:

 man kill

(3)编写一个简单的程序，该程序调用 kill() 函数向某个进程发送信号

//mykill.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int main(int argc,char *argv[]){
	if(argc < 2)
	{
		printf("%s arg error.",argv[0]);
		exit(1);
	}
	kill(atoi(argv[1]),SIGKILL);
	return 0;
}

继续运行之前的程序等待有信号到来：

在另外一个终端完成上面程序的输入并编译，运行的时候把2784作为参数。

再返回之前运行 hellosignal 的终端观察进程接收到信号的反应。

通过手册查看 kill() 函数:

man 2 kill

2.使用 signal() 函数来捕捉信号。

通常进程在接收到某种信号后，会根据不同的信号执行默认的操作：

(1)忽略信号

(2)终止（杀死）进程

(3)产生核心转储文件，同时 终止进程

(4)停止进程

(5)恢复之前被暂停的进程继续运行

这里可以通过signal()来改变进程对某个信号的处置方式。signal()是目前为止见过最复杂的函数。

通过查看手册：

man 2 signal

//catchsignal.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
void sighandler(int sig) {
	switch(sig) {
		case SIGUSR1://10
			printf("hello SIGUSR1
");break;
		case SIGUSR2://12
			printf("hello SIGUSR2
");break;
		case SIGINT://2 CTRL+C
			printf("休想干掉我！
");break;
		case SIGTSTP://20 CTRL+Z
			printf("不要停止我！
");break;
		case SIGQUIT://3 CTRL+
			printf("就是不退出！
");break;
		case SIGSEGV://11
			printf("呃！程序出 bug 了！
");break;
		default:
			printf("hello, who are you %d?
", sig);
	}
	sleep(2); // 删除这一行，再给程序发信号，看看 main 函数打点的情况。
}
int main() {
	printf("I'm %d
", getpid());
	if (SIG_ERR == signal(SIGUSR1, sighandler)) {
		perror("signal SIGUSR1");
	}
	if (SIG_ERR == signal(SIGUSR2, sighandler)) {
		perror("signal SIGUSR2");
	}
	if (SIG_ERR == signal(SIGINT, sighandler)) {
		perror("signal SIGINT");
	}
	if (SIG_ERR == signal(SIGTSTP, sighandler)) {
		perror("signal SIGTSTP");
	}
	if (SIG_ERR == signal(SIGQUIT, sighandler)) {
		perror("signal SIGQUTI");
	}
	if (SIG_ERR == signal(SIGSEGV, sighandler)) {
		perror("signal SIGSEGV");
	}
	while(1) {
		write(STDOUT_FILENO, ".", 1);
		sleep(10);
	}
	return 0;
}

输入完上述代码，编译并运行。

(1)给该进程发送ctrl+C、ctrl+Z、ctrl+信号，观察进程对接收到信号的反应。

(2)在另外一个终端输入 kill 命令来向该进程发送信号，观察进程对接收到信号的反应。

3.通过举例说明 alarm() 函数和 setitimer() 函数的使用。

查看两个函数的手册：

(1)man 2 alarm
(2)man 2 setitimer

man 2 alarm

man 2 setitimer

通过命令 man 7 signal 可以查看当前系统信号的清单：

从上面可以看到 alarm() 函数在计时结束后会发生 SIGALRM 信号给当前进程，进程对 SIGALRM 信号的缺省动作是结束进程。

//例:
//alarm_test.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
int main(){
	alarm(1);
	while(1)
	{
		printf("process will finish!
");
	}
	return 0;
}

虽然程序中有无限循环，不断输出字符串process will finish!,

由于调用了alarm(1)函数alarm函数会在1秒后给该进程发送 SIGALRM 信号，然后进程结束。

接下来继续看一个程序设定了两次定时炸弹，第一次设定 5 秒后爆炸，设定后过了 2 秒，再设定了一个3 秒后爆炸的定时炸弹。

//myalarm.c
#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void handler(int sig) {
	if (sig == SIGALRM) printf("Bomb!!!!!!!!
");
}
int main() {
	if(SIG_ERR == signal(SIGALRM, handler)) {
		perror("signal SIGALRM");
	}
	unsigned int remain = 0;
    remain = alarm(5); // 设定 5 秒后爆炸
    printf("the previous alarm remain %d seconds
", remain);
    sleep(3); // 等待 3 秒
	remain = alarm(3); // 设定 3 秒后爆炸，同时会取消前面那个定时炸弹
	printf("the previous alarm remain %d seconds
", remain);
    while(1) {
		write(STDOUT_FILENO, ".", 1);
    	pause();
	}
}

这里计时时间到了并不会结束进程，因为编写了信号捕捉函数，

产生SIGALRM信号后会输出字符串 Bomb!!,可以键盘按键组合结束进程，这里用了CTRL+C

接下来用 setitimer() 函数实现 alarm() 函数

//mysetitimer.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h>
#include<error.h>
unsigned int my_alarm(unsigned int sec)
{
	struct itimerval it,oldit;
	int ret;
	it.it_value.tv_sec=sec;
	it.it_value.tv_usec=0;
	it.it_interval.tv_sec=0;
	it.it_interval.tv_usec=0;
	ret = setitimer( ITIMER_REAL, &it, &oldit);
	if(ret==-1)
	{
		perror("setitimer()");
		exit(1) ;
	}
		return oldit.it_value.tv_sec;
}
int main(){
	my_alarm( 1) ;
	while(1)
	{
		printf( "process will finish! 
");
	}
	return 0;
}

程序在运行1秒钟后被 SIGALRM 信号结束。

试分析一下 alarm() 函数和 setitimer() 函数的区别?

alarm()函数，当定时时间到了，就会产生SIGALRM信号结束进程。

setitimer()函数从开始计时到时间结束，会产生SIGALRM信号，

若it_interval的值为0，则不会重新启动该定时器，调用 setitimer()失败，返回-1，结束进程。

4.举例说明信号集操作函数的使用

通过命令 man 3 sigsetops 来查看手册:

编写一个打印 sigset_t 的函数

void printsigset(const sigset_t *set)
 {
int i;
for (i = 1; i <= 64; i++) {
if (i==33)
putchar(' ');
if (sigismember(set, i) == 1)
putchar('1');
else
putchar('0');
}
puts("");
}

//mysigset.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void printsigset(const sigset_t *set)
{
	int i;
	for (i = 1; i <= 64; i++) {
		if (i==33)
			putchar(' ');
		if (sigismember(set, i) == 1)
			putchar('1');
		else
			putchar('0');
	}
	puts("");
}
int main() {
	sigset_t st;
	printf("1. create set
");
	printsigset(&st);
 
	printf("
2. vertify sigset_t is a 64-bit integer
");
	unsigned int test[2] = {0xf0f0f0f0, 0xf0f0f0f0};
	printsigset((sigset_t*)test); // 这种方法不被推荐，仅供测试用。
	
	// fill set
	printf("
3. fill set
");
	sigfillset(&st);
	printsigset(&st);
	
	// empty set 
	printf("
4. empty set
");
	sigemptyset(&st);
	printsigset(&st); 
	
	// add sig
	printf("
5. add SIGHUP(1), SIGINT(2), SIGKILL(9), SIGSYS(31), SIGRTMIN(34) and SIGRTMAX(64) to set
");
	sigaddset(&st, SIGHUP);
	sigaddset(&st, SIGINT);
	sigaddset(&st, SIGKILL);
	sigaddset(&st, SIGSYS);
	sigaddset(&st, SIGRTMIN);
	sigaddset(&st, SIGRTMAX);
	printsigset(&st);
 
	// delete sig
	printf("
6. delete SIGKILL from set
");
	sigdelset(&st, SIGKILL);
	printsigset(&st);
 
	// is member
	printf("
");
	if (sigismember(&st, SIGKILL)) {
	printf("SIGKILL is member
");
	}
	if (sigismember(&st, SIGINT)) {
	printf("SIGINT is member
");
	}
	return 0;
}

5、举例说明对阻塞信号与未决信号的理解

在一个进程中，保存了两个信号集（在PCB中），分别是阻塞信号集，还有一个未决信号集。当你使用sigprocmask的时候，就会修改阻塞信号集。

当你的进程一收到信号且该信号被阻塞，它首先进入到未决信号集中（就是一个 sigset_t ），

当未决信号集中的信号被信号处理函数（你自己定义的或者系统默认的）处理，就会从未决信号集中删除。

如果一个信号加入阻塞信号集，该信号的信号处理函数就不会被调用。

通过 man sigprocmask 来查看手册：

对于未决信号集我们不能直接操作，可以使用 sigpending 函数获取未决信号集。

通过 man sigpending 来查看手册：

下面结合例子来理解，程序的功能是先把 SIGINT 、 SIGTSTP 加入到了进程阻塞信号集中去。

接下来，每隔一秒打印一次未决信号集，第 10 次的时候，又把 SIGINT 信号从阻塞信号集中删除。

//sigblock.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
void printsigset(const sigset_t *set)
{
	int i;
	for (i = 1; i <= 64; i++) {
		if (i==33)
			putchar(' ');
		if (sigismember(set, i) == 1)
			putchar('1');
		else
			putchar('0');
	}
	puts("");
}

void handler(int sig) {
	if (sig == SIGINT)
		printf("hello SIGINT
");
	if (sig == SIGQUIT)
		printf("hello SIGQUIT
");
 }
 
int main() {
	printf("I'm %d
", getpid());
	
	sigset_t st, oldst;
	sigemptyset(&st);
	sigaddset(&st, SIGINT);
	sigaddset(&st, SIGTSTP);
	sigprocmask(SIG_BLOCK, &st, &oldst);
	printf("new set:");
	printsigset(&st);
	printf("old set:");
	printsigset(&oldst);
 
	if (SIG_ERR == signal(SIGINT, handler)) {
		perror("signal SIGINT");
		return 1;
	}
	
	if (SIG_ERR == signal(SIGQUIT, handler)) {
		perror("signal SIGQUIT");
		return 1;
	}
	
	puts("");
	
	int n = 0;

	while(1) {
		sigpending(&st);
		printsigset(&st);
		puts("");
		sleep(1);
		
		if (n == 10) {
			sigset_t tmp;
			sigemptyset(&tmp);
			sigaddset(&tmp, SIGINT);
			sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &tmp, NULL);
		}  
		
		++n;
	}
	return 0;
}

6、 举例说明 sigaction() 函数的使用

不同于 signal 函数， sigaction 函数是符合 POSIX 标准的，而 signal 只是 ANSI C 定义的函数。

除了上面的区别外， sigaction 提供了更多的功能。

比如它可以处理带参数的信号，在信号处理的时候，可以屏蔽其它信号等等。

通过 man 2 sigaction 来查看手册：

程序来说明 sigaction() 函数的使用，程序注册了信号 SIGINT 和 SIGTSTP . 需要注意的一点是 sa_mask 被设置为 SIGINT ，

它表示当执行信号处理函数的时候，阻塞信 SIGINT 信号。

在 handler 函数加入了一打印未决信号的功能，以验证执行到 handler 的时候发送 SIGINT 是被阻塞住的。

//sigaction.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void printsigset(const sigset_t *set)
{
	int i;
	for (i = 1; i <= 64; i++) {
		if (i==33)
			putchar(' ');
		if (sigismember(set, i) == 1)
			putchar('1');
		else
			putchar('0');
	}
	puts("");
}
 
void handler(int sig) {
	if (sig == SIGTSTP)
		printf("hello SIGTSTP
");
	if (sig == SIGINT)
		printf("hello SIGINT
");
	sleep(5);
	sigset_t st;
	sigpending(&st);
	printsigset(&st);
}

int main() {
	printf("I'm %d
", getpid());
	struct sigaction act, oldact; 
	act.sa_handler = handler; // 设置普通信号处理函数
 
	// 向 sa_mask 中添加 SIGINT
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	sigaddset(&act.sa_mask, SIGINT);
	act.sa_flags = 0; // 先置 0
 
	sigaction(SIGTSTP, &act, &oldact);
	sigaction(SIGINT, &act, &oldact);
 
	while(1) {
		write(STDOUT_FILENO, ".", 1);
		pause();
	}
	return 0;
}

(1) 当程序运行的时候，Ctrl+C 进入 handler ，然后立即 Ctrl+Z 发现handler还未执行完就被SIGTSTP打断.

(2) 当程序运行的时候，Ctrl+Z 进入 handler ，然后立即 Ctrl+C 发现并不会被 SIGINT 打断，

这是因为该 handler 注册的时候被设置了 SA_MASK = SIGINT ，

最后 handler 结束的时候打印了未决信号集，发现里头有 SIGINT，所以 handler 结束后，又去继续对 SIGINT 进行处理。