读书笔记

第六章 信号和信号处理

1.摘要

本章讲述了信号和信号处理;介绍了信号和中断的统一处理，有助于从正确的角度看待信号;将信号视为进程中断，将进程从正常执行转移到信号处理;解释了信号的来源，包括来自硬件、异常和其他进程的信号;举例说明了信号在Unix/Linux中的常见用法;详细解释了Unix/Linux中的信号处理，包括信号类型、信号向量位、信号掩码位、进程PROC结构体中的信号处理程序以及信号处理步骤;用示例展示了如何安装信号捕捉器来处·理程序异常，如用户模式下的段错误;讨论了将信号用作进程间通信（IPC)机制的适用性。

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2.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，他将CPU从正常执行转移到中断处理。
• 进程中断：这类终端是发送给进程的终端。当某进程正在执行时，可能会收到三个不同来源的终端：
  • （1）来自硬件的中断：终端、间隔定时器的“Ctrl+C”组合键等。
  • （2）来自其他进程的中断
  • （3）自己造成的中断

2.1人员中断

来自硬件的中断：大楼着火，闹钟响了等
来自其他人的中断：电话响了，有人敲门等。
自己造成的中断：切到手指,吃得太多等。
按照紧急程度，中断可分为以下几类:
不可屏蔽(NMI)：大楼着火!
可屏蔽：有人敲门等。

2.2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。
每个进程中断都被转换为一个唯一ID号，发送给进程。与多种类的人员中断不同，我们始终可限制在一个进程中的中断的数量。Unix/Linux中的进程中断称为信号，编号为1到31。进程的PROC结构体中有对应每个信号的动作函数，进程可在收到信号后执行该动作函数。与人员类似，进程也可屏蔽某些类型的信号，以推迟处理。必要时，进程还可能会修改信号动作函数。

2.3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、1/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О、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。CPU不会导致任何自己造成的中断(除非出错)。这种中断是由于进程正在使用或在大多数情况下误用CPU造成的。

2.4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。当进程遇到异常时，它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在用户模式下发生异常，则进程的默认操作是终止，并使用一个可选的内存转储进行调试。

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3.Unix/Linux信号示例

3.1信号的来源

• 按“Ctrl+C”组合键通常会导致当前运行的进程终止。原因如下：
  “Ctr1+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，并唤醒等待键盘输人的进程。在内核模式下，每个进程都要检查和处理未完成的信号。进程对大多数信号的默认操作是调用内核的kexit(exitValue)函数来终止。在Linux中，exitValue的低位字节是导致进程终止的信号编号。
• 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。nobup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。当用户退出时，sh会向与终端有关的所有进程发送一个SIGHUP信号。后台进程在接收到这一信号后，会忽略它并继续运行。为防止后台进程使用终端进行I/O,后台进程通常会断开与终端的连接(通过将其文件描述符0、1、2重定向到/dev/null)，使其完全不受任何面向终端信号的影响。
• 用户可以使用sh命令killpid(orkill-s9pia)杀死该程。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。如果进程选择忽略SIGTERM信号，它可能拒绝死亡。
  3.2Unix/Linux中的信号处理
• 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。

#define SIGHUP
#define SIGINT
#define SIGQUIT
#define SIGILL #define SIGTRAP
#define SIGABRT #define SIGIOT
#define SIGBUS
#define SIGFPE
#define SIGKILL
#define SIGUSR1
#define SIGSEGV
#define SIGUSR2
#define SIGPIPE #define SIGALRM
#define SIGTERM
#define SIGSTKFLT
#define SIGCHLD
#define SIGCONT
#define SIGSTOP
#define SIGTSTP
#define SIGTTIN
#define SIGTTOU
#define SIGURG
#define SIGXCPU
#define SIGXFSZ
#define SIGVTALRM
#define SIGPROF
#define SIGWINCH
#define SIGPOLL
#define SIGPWR
#define SIGSYS

3.3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，他还有一个信号MASK位向量，用来屏蔽相信的信号。

3.4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。图给出了信号位向量、屏蔽位向量和信号处理函数。

3.5安装信号捕捉函数
进程可以使用系统调用

int r = signal(int signal_number,voide *handler);

来修改选定信号编号的处理函数，（19）和（9）除外，他们不能修改。

• 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。这可能会导致下一个信号和信号处理函数重新安装之间出现竞态条件。相反，sigaction()在执行当前捕捉函数时会自动阻塞下一个信号，因此不会出现竞态条件。
（2）signal()不能阻塞其他信号。必要时，用户必须使用sigprocmask()显式地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。

• 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。这可能会导致下一个信号和信号处理函数重新安装之间出现竞态条件。相反，sigaction()在执行当前捕捉函数时会自动阻塞下一个信号，因此不会出现竞态条件。
（2）signal()不能阻塞其他信号。必要时，用户必须使用sigprocmask()显式地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()适用于线程。
（5）不同Unix版本的signal()可能会有所不同。sigaction()采用的是POISX标准，可移植性更好。

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4.实践截图

4.1sigaction()的使用

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
void handler(int sig,siginfo_t *siginfo,void *context)
{
printf("handler:sig=%d from PID=%d UID=%d
",sig,siginfo->si_pid,siginfo->si_uid);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
struct sigaction act;
memset(&act,0,sizeof(act));
act.sa_sigaction = &handler;
act.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigaction(SIGTERM,&act, NULL);
printf("proc PID=%d looping
");
printf("enter Kill PID to send SIGTERM signal to it
",getpid());
while(1){
sleep(10);
}
}

4.2sig
sig 是需要捕获的 signal number, 后一个是捕获到信号后的处理函数指针，接收到quit信号时，结束进程

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

static void
handler(int sig)
{
        printf("Recieved signal: %d
", sig);
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
        signal(SIGINT, handler);

        printf("Caught SIGINT, input 'quit' to exit...
");
        // wait signal caught
        char buf[1024] = {0};
        while (1) {
                printf("Please input: ");
                scanf("%s", buf);
                if (strcmp(buf, "quit") == 0) {
                        break;
                }
        }
        printf("Exit...
");
        return 0;
}

4.3在Linux下编写C语言实现一个消息的IPC

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<string.h>
#define LEN 64
int ppipe[2];
int pid;
char line[LEN];
int parent()
{
printf("parent %d running
",getpid());
close(ppipe[0]);
while(1){
printf("parent %d: input a line : 
",getpid());
fgets(line,LEN,stdin);
line[strlen(line)-1]=0;
printf("parent %d write to pipe
",getpid());
write(ppipe[1],line,LEN);
printf("parent %d send signal 10 to %d
",getpid(),pid);
kill(pid,SIGUSR1);
}
}
void chandler(int sig)
{
printf("
child %d got an interrupt sig=%d
",getpid(),sig);
read(ppipe[0],line,LEN);
printf("child %d get a message = %s
",getpid(),line);
}
int child()
{
char msg[LEN];
int parent = getppid();
printf("child %d running
",getpid());
close(ppipe[1]);
signal(SIGUSR1,chandler);
while(1);
}
int main()
{
pipe(ppipe);
pid=fork();
if(pid)
parent();
else
child();
}