Linux进程信号(2)--信号的保存

目录

1.阻塞信号

1.1 信号其他相关常见概念

1.实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery）

2.信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。

3.进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。

1.2信号在内核中的表示

sigset_t

信号集操作函数

使用sigprocmask函数修改block表

使用sigpending函数查看pending表

1.阻塞信号

 在解释信号的保存时，我们要先了解一下信号中的专有名词及其概念。

1.1 信号其他相关常见概念

1.实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery）

信号递达，通俗来说就是处理信号。

处理信号的三种方式：

1.信号的忽略

2.信号的默认

3.信号的自定义捕捉

信号的默认

这里我们先编写一个程序：

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

int main()
{
    while(true)
    {
        std::cout<<"getpid():"<<getpid()<<"    running..."<<std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

运行起来，然后再使用kill -信号编号 进程pid。给进程发送信号。

这里就是信号9的默认。

信号的自定义

这里我们要使用函数：

sighandler_t signal(int sugnum,sighandler_t handler)

这里signum是你想自定义信号的编号，handler一个函数指针，指向的是返回值为void，参数为一个int的函数。（这里也可以用一个宏SIG_DFL恢复信号的默认处理）

作用：收到信号，不按照默认方式，自定义处理信号。

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>


void handler(int signal)//自定义处理信号2的内容
{
    std::cout<<"handler:"<<signal<<std::endl;
    exit(2);
}

int main()
{
    signal(2,handler);//自定义信号2.

    while(true)
    {
        std::cout<<"getpid():"<<getpid()<<"    running..."<<std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

使用宏SIG_DFL恢复默认处理：

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>


void handler(int signal)//自定义处理信号2的内容
{
    std::cout<<"handler:"<<signal<<std::endl;
    exit(2);
}

int main()
{
    signal(2,handler);//自定义信号2.

    signal(2,SIG_DFL);//恢复信号2，默认处理

    while(true)
    {
        std::cout<<"getpid():"<<getpid()<<"    running..."<<std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

信号的忽略

这里还是使用函数signal,但是要使用宏SIG_IGN才能实现函数忽略。

代码：

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>


void handler(int signal)//自定义处理信号2的内容
{
    std::cout<<"handler:"<<signal<<std::endl;
    exit(2);
}

int main()
{
    signal(2,SIG_IGN);//忽略信号2.

   
    while(true)
    {
        std::cout<<"getpid():"<<getpid()<<"    running..."<<std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

这里我们可以看到当我们向进程发送信号2时，它并没有退出进程，所以它忽略了信号2.

这里可能大家会有这样的疑问？

signal函数的第二个参数是一个函数指针，为什么可以使用宏SIG_DFL与SIG_ING呢？

这里我们可以直接看这两个宏的定义：

这里我们可以看出，将0强转成了函数指针类型，1也强转成了函数指针类型。

如何看待信号的忽略？

这里忽略，就是处理信号。

2.信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。

这里我们知道，如果当进程收到信号时，正在执行更为重要的事务，进程并不会立马处理信号，而是先将信号保存下来，等待合适的时机再处理。所以在信号产生，到信号处理（信号递达）这段时间里我们叫做信号未决。

这里我们知道，保存信号是使用位图来保存的，信号未决具体点可以理解为：在信号位图中，就叫做信号未决。

3.进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。

  信号未决之后，暂时不递达，直到接触信号的阻塞。

举例理解：

在上课前老师留下了放假作业（接受信号，保存），但是因为上课要听老师讲课，我们不能在课堂上写作业（被阻塞），我们只能在放学后才能写作业（接触阻塞）。

注：

1.信号未决不一定阻塞，但收到信号并阻塞，一定未决。

2.没有收到信号，可以设置信号的递达动作。

3.没有收到信号，可以设置信号阻塞，也可以解除阻塞。

4.阻塞与忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会递达，而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。

1.2信号在内核中的表示

上面，我们介绍了信号的递达，未决，阻塞。在OS里是这样实现的。

信号在内核中的表示示意图

首先有block，pending，handler三张表，其中：

pending表：是信号未决表，表的下标代表着是几号信号，表的内容代表着是否收到信号。（使用位图的方式记录）

handler表：对应信号的处理方法，里面可以存放函数指针，或者是SIG_DFL/SIG_ING这样的宏。数组的下标代表着信号编号-1。

这里在进程启动时，就形成了这两张表。因此在进程收到信号前，就认识信号（如何处理信号）

block表：信号阻塞表，pending表一样，使用了位图。比特位的位置：表示信号编号。比特位的内容表示，是否对特定的信号进行屏蔽(阻塞)。

对于一个信号的识别，使用这三张表，要横着看

比如以1号信号为列：

当我们收到1号信号时，我们先将pending表中对应的比特位置为1，然后再看block表中对应的比特位的内容，为0，表示不阻塞，在合适的时候，会在handler表中找到对应的方法处理信号。若为1，则表示信号阻塞，不会对信号进行任何处理，等到比特位的内容变为0，会在合适的时候，在handler表中找到对应的方法处理信号。

因此在收到信号时，能不能被处理，首先取决于对因block表中内容。

上面我们知道对于信号的处理取决于PCB中的这三张表，因此如果我们要控制进程对信号的处理，那么就需要改变这三张表的内容，但是对于我们用户来说，我们并不清楚这三张是如何存储。因此操作系统为我们提供了一系列的系统调用函数，来帮助我们。

sigset_t

从上图来看 , 每个信号只有一个 bit 的未决标志 , 非 0 即 1, 不记录该信号产生了多少次 , 阻塞标志也是这样表示的。 因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型 sigset_t 来存储 ,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 , 而在未决信号集中 “ 有效” 和 “ 无效 ” 的含义是该信号是否处于未决状态。这里将详细介绍信号集的各种操作。 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。
在Linux中是这样定义sigset_t类型的：

信号集操作函数

#include <signal.h>

//将位图里的比特位全部清零
int sigemptyset(sigset_t *set);

//对指定的位图全部置1
int sigfillset(sigset_t *set);

//将指定信号集中的指定比特位置1
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);

//将指定信号集中的指定比特位置0
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);

//判定一个信号是否在信号集中
int sigismember（const sigset_t *set, int signo);

使用sigprocmask函数修改block表

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）

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); 

set为想要修改的信号，
oset记录调用前的block，用于恢复原来的block

返回值:若成功则为0,若出错则为-1
如果 oset 是非空指针 , 则读取进程的当前信号屏蔽字通过 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

代码演示：屏蔽2号信号。

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>


void handler(int signal)//自定义处理信号2的内容
{
    std::cout<<"handler:"<<signal<<std::endl;
    exit(2);
}

int main()
{
    signal(2,handler);
    sigset_t block,oblock;
    sigemptyset(&block);//位图置0操作
    sigemptyset(&oblock);

    sigaddset(&block,2);//这里并没有对2号信号做屏蔽

    sigprocmask(SIG_BLOCK,&block,&oblock);//调用系统接口，对2号信号进行屏蔽

    while(true)
    {
        sleep(1);
        std::cout<<"getpid: "<<getpid()<<std::endl;
    }

    return 0;
}

这里可能有人会这样问，既然我们可以控制屏蔽信号，那么如果我们把所有信号都屏蔽了，是不是一旦这样的死循环进程运行起来，是不是就不会被杀掉了？

这里我们直接上代码演示： 

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>


void handler(int signal)
{
    std::cout<<"handler:"<<signal<<std::endl;
    exit(2);
}

int main()
{
    signal(2,handler);
    sigset_t block,oblock;
    sigemptyset(&block);//位图置0操作
    sigemptyset(&oblock);

    for(int i=1;i<=31;i++)
    sigaddset(&block,i);//将block位图上的所有比特位全部置为1.

    sigprocmask(SIG_BLOCK,&block,&oblock);//对所有信号进行屏蔽

    while(true)
    {
        sleep(1);
        std::cout<<"getpid: "<<getpid()<<std::cout<<"  我已经屏蔽掉了所有信号，你来打我啊！"<<std::endl;
    }

    return 0;
}

这里我们可以发现当我们对进程发送除9之外的信号，进程并不会停止（信号被屏蔽），而当收到9信号时，进程就直接执行信号9对应的默认动作。(19号信号也没有被屏蔽)

9号信号我们成为管理员信号，它并不会被屏蔽。

使用sigpending函数查看pending表

#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t *set)

读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。调用成功则返回0,出错则返回-1。 下面用刚学的几个函数做个实验。程
序如下

这里我们直接上代码：

解释程序目的，不断打印pendling表中比特位的内容。在最开始的前10秒，阻塞信号2。然后将信号2从block表中删除，我们要在10秒前向进程发送2号信号。

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>


void handler(int signal)
{
    std::cout<<"handler:"<<signal<<std::endl;
    //exit(2);
}

void PrintPending(sigset_t& pending)//打印pending中每一个比特位的内容
{
    for(int signo=21;signo>=1;signo--)
    {
        if(sigismember(&pending,signo))
        {
            std::cout<<'1';
        }
        else 
        {
            std::cout<<'0';
        }
    }
    std::cout<<std::endl;
}

int main()
{

    signal(2,handler);//自定义2号信号

    //屏蔽2号信号
    sigset_t block,oblock;
    sigemptyset(&block);
    sigemptyset(&oblock);
    sigaddset(&block,2);
    sigprocmask(SIG_BLOCK,&block,&oblock);

    std::cout<<"getpid: "<<getpid()<<std::endl;
    
    int cnt=0;

    //让进程不断获取当前进程的pending表
    sigset_t pending;
    while(true)
    {
        cnt++;
        sigpending(&pending);//获取pending表中的内容
        PrintPending(pending);
        if(cnt==10)
        {
            std::cout<<"解除对2号信号的屏蔽,2号信号已递达。"<<std::endl;
            sigprocmask(SIG_SETMASK,&oblock,nullptr);
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

这里我们可以看到一旦信号2，不阻塞，就立即递达了。并且pending表中对应的比特位置0.

这里可能有人会问pending表置0这个操作是在处理信号前，还是后执行的？

这里我们可以直接用代码验证：

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void PrintPending(sigset_t& pending);
void handler(int signal)
{
    std::cout<<"#####################"<<std::endl;
    sigset_t sig;
    sigpending(&sig);
    PrintPending(sig);
    std::cout<<"######################"<<std::endl;
    std::cout<<"handler:"<<signal<<std::endl;
    //exit(2);
}

void PrintPending(sigset_t& pending)//打印pending中每一个比特位的内容
{
    for(int signo=21;signo>=1;signo--)
    {
        if(sigismember(&pending,signo))
        {
            std::cout<<'1';
        }
        else 
        {
            std::cout<<'0';
        }
    }
    std::cout<<std::endl;
}

int main()
{
    signal(2,handler);
    std::cout<<"getpid: "<<getpid()<<std::endl;
    while(true)
    {
        std::cout<<"running..."<<std::endl;
        sleep(1);
    }
        return 0;
}

这里我们采用的是，自定义信号2，在处理时，将pending表的内容打印出来，如果全部位0，则在修改pending实在递达前实行的，否则实在递达之后修改的。

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