第六章、信号和信号处理
一、信号和中断
“中断”是从I/O设备或协处理器发送到CPU的外部请求，它将CPU从正常执行转移到中断处理。与发送给CPU的中断请求一样，“信号”是发送给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理。在讨论信号和信号处理之前，我们先来回顾中断的概念和机制，这有助于正确看待信号。
（1）首先，我们 将进程的概念概括为：一个“进程”（引号中）就是一系列活动。广义的“进程”包括
·从事日常事务的人。
·在用户模式或内核模式下运行的Unix/Linux进程。
·执行机器指令的CPU。
（2）“中断”是发送给“进程”的事件，它将“进程”从正常活动转移到其他活动，成为“中断处理”。“进程”可在完成“中断”处理后恢复正常活动。
（3）“中断”一词可应用于任何“进程”，并不仅限于计算机中的CPU。例如，我们肯会提到以下几种“中断”。
.1人员中断
.2进程中断
这类中断是发送给进程的中断。当某进程正在执行时，可能会收到来自3个不同来源的中断：
·来自硬件的中断：终端、间隔定时器的“Ctrl+C”组合键等。
·来自其他进程的中断：kill(pid,SIG#)、death_of_child等。
·自己造成的中断：除以0、无效地址等。
.3硬件中断
这类中断是发送给处理器或CPU的信号。它们也有三个可能的来源：
·来自硬件的中断：定时器、I/O设备等。
·来自其他处理器的中断：FFP、DMA、多处理器系统中的其他CPU。
·自己造成的中断：除以0、保护错误、INT指令
每个中断都有唯一的中断向量号。动作函数是中断向量表中的中断处理程序。前面说过，CPU始终执行一个进程。CPU不会导致任何自己造成的中断（除非出错）
.4进程的陷阱错误
进程可能会自己造成中断。这些中断是由被CPU识别为异常的错误引起的，例如除以0、无效地址、非法指令、越权等。
二、Unix/Linux信号示例
（1）按“Ctrl+C”组合键通常会导致当前运行的进程终止。原因如下。“Ctrl+C”组合键会生成一个键盘硬件中断。键盘中断处理程序将“Ctrl+C”组合键转换为SIGINT（2）信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输入的进程。
（2）用户可使用nohup a.out&命令在后台运行一个程序。即使在用户退出后，进程仍将继续运行。nohup命令会使sh像往常一样复刻子进程来执行程序，但是子进程会忽略SIGHUP（1）信号。
（3）也许几天后，用户再次登录时会发现（通过ps -u LTD）后台进程仍在运行。用户可以使用sh命令
kill pid (or kill -s 9 pid)
杀死该进程。方法如下。执行杀死的进程向Pid标识的目标进程发送一个SIGTERM(15)信号，请求它死亡。目标进程将会遵从请求并终止
三、Unix/Linux中的信号处理
- 信号类型
Unix/Linux支持31种不同的信号，每种信号在signal.h文件中都有定义。
每种信号都有一个符号名，如SIGHUP(1)、SIGEMT（2）、SIGKILL（9）、SIGSEGV(11)等。
- 信号的来源
·来自硬件中断的信号：在进程执行过程中，一些硬件中断被转换为信号发送给进程。硬件信号示例是
■中断键（Ctrl+C），它产生一个SIGINT（2）信号。
■间隔定时器，当它的时间到期时，会生成一个SIGALRM（14）、SIGVATLRM（26）或SIGPROF（27）信号。
■其他硬件错误，如总线错误、IO陷阱等。
·来自异常的信号当用户模式下的进程遇到异常时，会陷入内核模式，生成一个信号，并发送给自己。常见的陷阱信号有SIGFPE（8），表示浮点异常（除以0），最常见也是最可怕的是SIGSEGV（11），表示段错误，等等。
·来自其他进程的信号：进程可使用kill(pid,sig)系统调用向pid标识的目标进程发送信号
- 进程PROC结构体中的信号
每个进程PROC都有一个32位向量，用来记录发送给进程的信号。在位向量中，每一位（0位除外）代表一个信号编号。此外，它还有一个信号MASK位向量，用来屏蔽相应的信号。可使用一系列系统调用，如sigmask、sigsetmask、siggetmask、sigblock等设置、清除和检查MASK位向量。
- 信号处理函数
每个进程PROC都有一个信号处理数组int sig[32].sig[32]数组的每个条目都指定了如何处理相应的信号，其中0表示DEFault(默认)，1表示IGNore(忽略)，其他非零值表示用户模式下预先安装的信号捕捉（处理）函数。
如果信号位向量中的位I为1，则会生成一个信号I或将其发送给进程。如果屏蔽位向量的位I为1，则信号会被阻塞或屏蔽。否则，信号未被阻塞。只有当信号存在并且未被阻塞时，信号才会生效或传递给进程。
- 安装信号捕捉函数
进程可使用系统调用：
int r =signal(int signal_number, void *handler);
来修改选定信号编号的处理函数，SIGKILL（9）和SIGSTOP（19）除外，它们不能修改。已安装的处理函数（若不是0或1）一定是以下形式用户空间中信号捕捉函数的入口地址；
void catcher (int signal_number){..............}
signal()系统调用在所有类Unix系统中均可用，但它有一些不理想的特点。
（1）在执行已安装的信号捕捉函数之前，通常将信号处理函数重置为DEFault。为捕捉下次出现的相同信号，必须重新安装捕捉函数。
（2）signal()不能阻塞其他信号。必要时，用户必须使用sigprocmask()显式得阻塞或解锁其他信号。相反，sigaction()可以指定要阻塞的其他信号。
（3）signal()只能向捕捉函数发送一个信号编号。sigaction()可以传输关于信号的其他信息。
（4）signal()可能不适用于多线程程序中的线程。sigaction()使用于线程。
（5）不同Unix版本的signal()可能会有所不同。sigaction()采用的是POSIX标准，可移植性更好。
四、信号处理步骤
（1）当某进程处于内核模式时，会检查信号并处理未完成的信号。如果某信号有用户安装的捕捉函数，该进程会先清除信号，获取捕捉函数地址，对于大多数陷阱信号，则将已安装的捕捉函数重置为DEFault。
（2）重置用户安装的信号捕捉函数：用户安装的陷阱相关信号捕捉函数用于处理用户代码中的陷阱错误。
（3）信号和唤醒：在Unix/Linux内核中有两种SLEEP进程；深度休眠进程和浅度休眠进程。前一种进程不可中断，而后一种进程可由信号中断。
五、信号与异常
Unix信号最初设计用于以下用途：
·作为进程异常的统一处理方法：当进程遇到异常时，它会陷入内核模式，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。
·让进程通过预先安装的信号捕捉函数处理用户模式下的程序错误。
·在特殊情况下，它会让某个进程通过信号杀死另一个进程。
六、信号用作IPC
七、Linux中的IPC
IPC是指用于进程间通信的机制。在Linux中，IPC包含以下组成部分。
- 管道和FIFO
一个管道有一个读取端和一个写入端。管道的主要用途是连接一对管道写进程和读进程。管道写进程可将数据写入管道，读进程可从管道中读取数据。管道控制机制要对管道读写操作进行同步控制。未命名管道提供相关进程使用。命名管道是FIFO的，可供不相关进程使用。
- 信号
进程可使用kill系统调用向其他进程发送信号，其他进程使用信号捕捉函数处理信号。将信号用作IPC的一个主要缺点是信号只是用作通知，不含任何信息内容。
- System V IPC
Linux支持System V IPC,包含共享内存、信号量和消息队列。在Linux中，多种System V IPC函数，例如用于添加、移除共享内存的shmat/shmdt、用于获取/操作信号量的semget/semop和用于发送/接收信息的msgsnd/msgrcv，都是库包装函数，它们都会向Linux内核发出一个ipc()系统调用。ipc()的实现是Linux所特有的，不可移植。
- POSIX信息队列
- 套接字
套接字是用于跨网络进程通信的IPC机制。