文章目录
- 相关概念
- 原理
- sigset_t信号集
- 信号集操作函数
- sigprocmask系统调用
- sigpending
相关概念
- 实际执行信号的处理动作——信号递达Delivery（例如自定义捕捉动作，core，Term终止进程的动作）。
- 信号从产生到递达之间的状态——信号未决（Pending）。
- 进程可以选择阻塞（Block）某个信号。
- 被阻塞的信号产生时将保持在未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才执行递达的动作。
- 注意：阻塞信号和忽略信号是不同的，只要信号被阻塞就会不抵达，而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。
原理
保存信号的方式
信号在内核中的表示示意图：
- 每个信号都有两个标志位分别表示阻塞（block）和未决（pending），还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时，内核在进程控制块pcb中设置该信号的未决标志，直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中，SIGHUP信号未阻塞也未产生过，当它递达时执行默认处理动作。
- SIGINT信号产生过，但是正在被阻塞，所以暂时不能被递达。虽然它的处理动作是忽略信号，但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号，忽略信号是在信号递达之后才能执行的，进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。
- SIGQUIT信号从未产生过，一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞，它的处理动作是用户自定义函数sighandler。如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次，将如何处理？Linux是这样实现的：常规信号在递达之前产生多次，但只计一次，而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。
信号的3个处理动作：分别是返回错误，默认动作，以及忽略信号
使用方式：
sigset_t信号集
根据信号在内核中的表示方法，每个信号的未决标志只有一个比特位，非0即1，如果不记录该信号产生了多少次，那么阻塞标志也只有一个比特位。
因此，未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储。在我当前的云服务中，sigset_t类型的定义如下：（不同操作系统实现sigset_t的方案可能不同）
#define _SIGSET_NWORDS (1024 / (8 * sizeof (unsigned long int)))
typedef struct
{
unsigned long int __val[_SIGSET_NWORDS];
} __sigset_t;
typedef __sigset_t sigset_t;
sigset_t称为信号集，这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态。
- 在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞。
- 在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。
阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字（Signal Mask），这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。
信号集操作函数
sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_ t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的。
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
- 函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含 任何有效信号。
- 函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
- sigaddset函数：在set所指向的信号集中添加某种有效信号。
- sigdelset函数：在set所指向的信号集中删除某种有效信号。
- 这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种 信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。
- 注意：在使用sigset_ t类型的变量之前,一定要调 用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。
使用方式：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int main()
{
sigset_t s; //用户空间定义的变量
sigemptyset(&s);
sigfillset(&s);
sigaddset(&s, SIGINT);
sigdelset(&s, SIGINT);
sigismember(&s, SIGINT);
return 0;
}
sigprocmask系统调用
调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字（阻塞信号集），简单来说就是这个函数可以更改block位图。函数原型如下：
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
参数说明：
- 如果oset是非空指针，则读取进程当前的信号屏蔽字通过oset参数传出。
- 如果set是非空指针，则更改进程的信号屏蔽字，参数how指示如何更改。
- 如果oset和set都是非空指针，则先将原来的信号屏蔽字备份到oset里，然后根据set和how参数更改信号屏蔽字。
假设当前的信号屏蔽字为mask，下表说明了how参数的可选值及其含义：
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| SIG_SETMASK | 设置当前信号屏蔽字为set所指向的值，相当于mask=set |
| SIG_BLOCK | set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号，相当于mask=mask |
| SIG_UNBLOCK | set包含了我们希望从当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号，相当于mask=mask或~set |
代码样例：
void showBlock(sigset_t *oset)
{
int signo = 1;
for(;signo <= 31; signo++)
{
//判断信号集中2号信号是否是有效信号
if(sigismember(oset,signo)) cout << "1";
else cout << "0";
}
cout << endl;
}
int main()
{
//只是在用户层面上进行设置
sigset_t set,oset;
sigemptyset(&set);
sigemptyset(&oset);
sigaddset(&set,2);//将2号信号设置进信号集中
//谁调用sigprocmask函数，就设置谁
//读取或更改信号屏蔽字(阻塞信号集)
sigprocmask(SIG_SETMASK,&set,&oset);
while(true)
{
showBlock(&oset);
sleep(1);
}
}
我们把2号信号屏蔽了，所以现在Ctrl+c无法终止进程，即信号阻塞住了，无法递达，我们拿到的是老的信号屏蔽字。
void showBlock(sigset_t *oset)
{
int signo = 1;
for(;signo <= 31; signo++)
{
//判断信号集中2号信号是否是有效信号
if(sigismember(oset,signo)) cout << "1";
else cout << "0";
}
cout << endl;
}
int main()
{
//只是在用户层面上进行设置
sigset_t set,oset;
sigemptyset(&set);
sigemptyset(&oset);
sigaddset(&set,2);//将2号信号设置进信号集中
//谁调用sigprocmask函数，就设置谁
//读取或更改信号屏蔽字(阻塞信号集)
sigprocmask(SIG_SETMASK,&set,&oset);
int cnt = 0;
while(true)
{
showBlock(&oset);
sleep(1);
cnt++;
if(cnt == 10)
{
//恢复2号信号，即解除对2号信号的屏蔽
cout << "recover block" << endl;
sigprocmask(SIG_SETMASK,&oset,&set);
showBlock(&set);
}
}
}
sigpending
sigpending函数可以用于读取进程的未决信号集，该函数的函数原型如下：
int sigpending(sigset_t *set);
sigpending函数读取当前进程的未决信号集，并通过set参数传出。该函数调用成功返回0，出错返回-1。
下面我们来做一个简单的实验
1 #include<iostream>
2 #include<signal.h>
3 #include<cassert>
4 #include<unistd.h>
5
6 using namespace std;
7
8 static void PrintPending(const sigset_t pending)
9 {
10 cout <<"当前进程的pending位图：";
11 for(int signo = 1; signo <= 31;signo++)
12 {
13 if(sigismember(&pending,signo)) cout <<"1";
14 else cout <<"0";
15 }
16 cout << "\n";
17 }
18 int main()
19 {
20 //1.屏蔽2号信号
21 sigset_t set,oset;
22 //1.1初始化set所指向的信号集
23 sigemptyset(&set);
24 sigemptyset(&oset);
25
26 //1.2将2号信号添加到set集合中
27 sigaddset(&set,2);
28
29 //1.3将新的信号屏蔽字，设置到进程当中
30 sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);
31
32 //2.while获取进程的pending信号集，并以01打印
33 while(true)
34 {
35 //到这个地方为止，虽然2号信号被屏蔽了，但是还并未产生信号，所以pending位图还是全0
36
37 //2.1先获取pending信号集
38 sigset_t pending;
39 //初始化pending信号集
40 sigemptyset(&pending);//不是必需的
41
42 int n = sigpending(&pending);
43 assert(n == 0);
44 (void)n;//保证不会出现编译时的warning，需要定义并使用，不然有些编译器可能会报错
45
46 //2.2打印所有的pending信号集
47 PrintPending(pending);
48 sleep(1);
49 }
50 }
如果我们再对2号信号解除屏蔽，可以看到2号信号的位图结构又由1变成0了，这里要注意一点，解除2号信号的屏蔽之前我们发送ctrl+c（对应2号信号），2号信号是处于未决状态的，不会终止进程，而当我们解除对2号信号的屏蔽之后，进程会立马终止，所以看不到2号信号的位图结构又由1变成0，所以我们要用signal函数对2号信号做一下自定义捕捉动作，使其位图内容的变化能够被我们观察到。
代码及运行结果如下：
1 #include<iostream>
2 #include<signal.h>
3 #include<cassert>
4 #include<unistd.h>
5
6 using namespace std;
7
8 static void PrintPending(const sigset_t pending)
9 {
10 cout <<"当前进程的pending位图：";
11 for(int signo = 1; signo <= 31;signo++)
12 {
13 if(sigismember(&pending,signo)) cout <<"1";
14 else cout <<"0";
15 }
16 cout << "\n";
17 }
18
19 static void handler(int signo)
20 {
21 cout << "对特定信号" << signo << "执行捕捉动作" << endl;
22 }
23 int main()
24 {
25 //1.屏蔽2号信号
26 sigset_t set,oset;
27 //1.1初始化set所指向的信号集
28 sigemptyset(&set);
29 sigemptyset(&oset);
30
31 //1.2将2号信号添加到set集合中
32 sigaddset(&set,2);
33
34 //1.3将新的信号屏蔽字，设置到进程当中
35 sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);
36
37 //2.while获取进程的pending信号集，并以01打印
38 //2.0 设置对2号信号的自定义捕捉
39 signal(2,handler);
40 int cnt = 0;
41 while(true)
42 {
43 //到这个地方为止，虽然2号信号被屏蔽了，但是还并未产生信号，所以pending位图还是全0
44
45 //2.1先获取pending信号集
46 sigset_t pending;
47 //初始化pending信号集
48 sigemptyset(&pending);//不是必需的
49
50 int n = sigpending(&pending);
51 assert(n == 0);
52 (void)n;//保证不会出现编译时的warning，需要定义并使用，不然有些编译器可能会报错
53
54 //2.2打印所有的pending信号集
55 PrintPending(pending);
56 sleep(1);
57
58 //2.3休眠一下
59 sleep(1);
60
61 //2.4 10s之后，解除对2号信号的屏蔽
62 if(cnt++ == 10)
63 {
64 cout << "解除对2号信号的屏蔽" << endl;
65 sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr);
66 }
67 }
68 }
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