目录
信号保存中重要的概念
内核中信号的保存
对sigset_t操作的函数
对block，pendding，handler三张表的操作
sigpromask
编辑
sigpending
是否有sighandler函数呢？
案例
信号处理
操作系统是如何运行的？
硬件中断
时钟中断
软中断
死循环
缺⻚中断？内存碎⽚处理？除零野指针错误？
理解用户态和内核态
信号的自定义捕捉
sigaction
验证阻塞信号
处理完解除对信号的阻塞
验证在处理前将pending表清零
验证sa_mask的作用
可重入函数
案例
volatile
SIGCHLD信号
waitpid补充
验证子进程退出会给父进程发送SIGCHLD信号
基于信号对子进程回收
问题1：
解决方法循环回收
问题2：
信号保存中重要的概念
信号捕捉的三种方式：1.默认 SIG_DFL default
2.忽略 SIG_ING ingore
3.自定义
信号递达：实际执行信号的处理动作
信号未决：信号从产生到递达的状态
信号阻塞：进程可以阻塞某个信号 -->阻塞/屏蔽特定信号，信号产生了，一定把信号pendding(保存），并且信号永远不递达，除非解除阻塞。
os信号的保存都与以上的三个概念有关
阻塞 vs 忽略
阻塞发生在为信号递达之前
忽略发生在信号递达
内核中信号的保存
内核数据结构示意图
pending:信号未决
block: 信号阻塞
handler:信号递达
进程维护了以上的结构，所以进程是可以识别信号的。
以后对进程信号的操作都是为绕着这三张表展开的。
内核中的相应的数据结构
sigset_t 是信号集，也是信号屏蔽字（signal mask）（有block，pending）
类似umask
对sigset_t操作的函数
对block，pendding，handler三张表的操作
sigpromask
读取/修改进程屏蔽字 block表
set:进程中的block表修改基于set
oldset:修改前block表的模样
how：以何种方式修改mask（block表）
1. SIG_BLOCK: mask = mask | set 新增
2.SIG_UNBLOCK : mask = mask & ~set 去除指定信号
3.SIG_SETMASK: mask = set 覆盖
sigpending
通过该函数可以知道pending表的情况
但为什么不设置一个输入型参数，修改pending表呢？
因为信号的产生都是在修改pending表
是否有sighandler函数呢？
答案：没有
那么如何修改handler表呢？
signal就一直在修改啊
是否有恍然大悟的感觉啊。
案例
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <functional>
#include <sys/types.h>
#include <wait.h>
#include <vector>
void PrintBlock(const sigset_t &block)
{
std::cout<<"block"<<"["<<getpid()<<"]: ";
for (int i = 31; i > 0; i--)
{
if (sigismember(&block, i))
{
std::cout << 1;
}
else
{
std::cout << 0;
}
}
std::cout << std::endl;
}
void handler(int signo)
{
std::cout <<"signo:"<<signo<<" 信号递达"<<std::endl;
exit(0);
}
int main()
{
signal(2,handler);
sigset_t block, oldblock;
sigemptyset(&block);
// 将二号新号加入
sigaddset(&block, 2);
//阻塞二号信号
int ret = sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &oldblock);
if (ret < 0)
{
perror("sigpromask");
exit(1);
}
int cnt = 0;
while (true)
{
PrintBlock(block);
sleep(3);
if(cnt==5)
{
PrintBlock(oldblock);
//取消对二号信号的阻塞
sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldblock, nullptr);
}
cnt++;
}
return 0;
}
执行结果
一开始block表中二号信号被阻塞，即使收到了二号信号也不能处理，当修改block表二号没被阻塞时，在执行二号信号相应的处理方法。
信号处理
信号没被处理，被保存起来---->合适的时候
那么什么是合适的时候？
进程从用户态切换会用户态时，检测额pending && block，决定是否用handler表处理信号。
os的运行状态：
1.用户态 ---> 执行用户写的代码
2.内核态 -->执行内核代码
信号自定义捕捉的流程
操作系统是如何运行的？
硬件中断
硬件中断的处理流程
中断向量表在os启动时就填充好了。
时钟中断
进程是由操作系统调度的，那么操作系统谁有谁调度的呢？
有个设备时钟源定期向cpu发送中断，cpu处理中断，执行中断处理历程，而查表查到的终端服务是进程调度。
这样操作系统不就能自主调度了吗
时钟源是外设，将中断传给cpu效率有点低，现在的时钟源都是继承在cpu中。
主频就是控制CPU工作的时钟信号的频率
主频越快，相应单位时间内操作系统执行的中断服务越多，进程调度越频繁，os的性能越高。
进程调度不一定切换进程
软中断
是否能不通过外设来产生中断呢？
可以，比如os支持系统调用，cpu设计了汇编指令（int 0x80 或 syscall）,让cpu在内部触发中断逻辑，
这样就可已在软件中触发中断-->再根据中断号，查系统调用表，执行相应的系统调用
系统调用号的本质就是数组下标
死循环
无论是软中断还是硬件中断
os需要什么方法直接，向中断向量表中添加就可以了：os的本质就是一个死循环
void main(void) /* 这⾥确实是void，并没错。 */
{ /* 在startup 程序(head.s)中就是这样假设的。 */
...
/*
* 注意!! 对于任何其它的任务，'pause()'将意味着我们必须等待收到⼀个信号才会返
* 回就绪运⾏态，但任务0（task0）是唯⼀的意外情况（参⻅'schedule()'），因为任
* 务0 在任何空闲时间⾥都会被激活（当没有其它任务在运⾏时），
* 因此对于任务0'pause()'仅意味着我们返回来查看是否有其它任务可以运⾏，如果没
* 有的话我们就回到这⾥，⼀直循环执⾏'pause()'。
*/
for (;;)
pause();
} // end main---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
用户怎么把中断号给os？寄存器（如eax）
os怎么把返回值返回给用户？ 也是寄存器
用户和内核之间传递信息用的是寄存器。
系统调用-->是通过软中断完成的
中断号-->系统调用号写入寄存器eax-->软中断-->查表--->执行相应的方法-->将返回值写入寄存器返回给用户
既然执行系统调用需要触发软中断，那我们使用系统调用函数值没有用 int 0x80 或 syscall？
因为linux提供的系统调用接口，不是C语言函数，而是 系统调用号 + 约定的传递参数 ，用于内核和用户间传递信息的 系统调用号和返回值的寄存器 + syscall 或 int 0x80
也就是说GNU glibc 把真正的系统调用封装--->C语言封装版的系统调用
OS是躺在中断处理历程上的代码块。
缺⻚中断？内存碎⽚处理？除零野指针错误？
这些错误都是通过软中断来处理的。
软中断有： 1.陷阱 （int 0x80 或 syscall）
2.异常
理解用户态和内核态
内核页表：整个系统只有一张
用户页表：每个进程都有一张
对于任何进程，不管如何调度，任何进程都只能找到一个os
为什么只有一张内核页表？
因为用户最关心的是系统调用。
用户关心系统调用的地址吗？
不关心，只需要知道系统调用号就可以了。
系统调用是在进程的地址空间中发起的，但其执行是在内核地址空间中完成的。
1.调用任何函数（库中）都是在我们自己进程中的地址空间中进行的
操作系统无论怎么切换进程，进程都只能找到一个操作系统
2.os调用方法的执行是在内核地址空间中执行的
不管是通过哪个进程的地址空间进入内核，都是通过软中断进行操作的。
用户如何进入内核态？
1.时钟/外设中断
2.异常 cpu--->软中断
3.陷阱 系统调用(int 0x80,syscall)
信号的自定义捕捉
1.前三步很好理解，那么为什么要转为用户态来调用处理方法，直接在内核态来处理不好吗？
内核和用户的权限不同，有安全风险；并且用户来处理，如果出了错误用户担责任。
2.信号处理完只能从内核返回，因为处理函数的调用与main()函数之间不存在调用关心(栈区）
3.如何继续执行原来的程序？
cpu中有pc寄存器（pc指针），指向下一条要执行的命令，只需要恢复pc指针的值就可以了。
sigaction
作用检查并修改handler表
sigaction结构
sa_handler :函数指针
sa_mask：自定义屏蔽的信号
信号处理期间，如果处理方法有系统调用，那么就陷入内核态
os不允许信号处理方法嵌套--->实现该方法的方式是将block表相应的信号置为1(阻塞该信号),但信号处理完会自动解除阻塞
什么时候pending表清0？
在调用信号处理之前，因为如果是处理完之后清零，那么就无法区分pending中的1是处理进程时 收到的1，还是处理完时的1
验证阻塞信号
void PrintBlock()
{
sigset_t block;
sigprocmask(SIG_SETMASK,nullptr,&block);
for(int i = 31;i>0;i--)
{
if(sigismember(&block,i))
std::cout<<1;
else
std::cout<<0;
}
std::cout<<std::endl;
}
void handler(int signo)
{
std::cout<<"signo: "<<signo<<std::endl;
while(true)
{
PrintBlock();
sleep(3);
}
}
int main()
{
//signal(2,handler);
struct sigaction act,oldact;
act.sa_handler = handler;
sigaction(2,&act,&oldact);
//std::cout<<"执行"<<std::endl;
PrintBlock();
while(true)
{
pause();
}
}
处理完解除对信号的阻塞
void PrintBlock()
{
sigset_t block;
sigprocmask(SIG_SETMASK,nullptr,&block);
for(int i = 31;i>0;i--)
{
if(sigismember(&block,i))
std::cout<<1;
else
std::cout<<0;
}
std::cout<<std::endl;
}
void handler(int signo)
{
std::cout<<"signo: "<<signo<<std::endl;
// while(true)
// {
// PrintBlock();
// sleep(3);
// }
PrintBlock();
sleep(3);
}
int main()
{
//signal(2,handler);
struct sigaction act,oldact;
act.sa_handler = handler;
sigaction(2,&act,&oldact);
//std::cout<<"执行"<<std::endl;
PrintBlock();
while(true)
{
pause();
PrintBlock();
}
}
验证在处理前将pending表清零
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <functional>
#include <sys/types.h>
#include <wait.h>
#include <vector>
void PrintBlock()
{
sigset_t block;
sigprocmask(SIG_SETMASK, nullptr, &block);
std::cout<<"block: ";
for (int i = 31; i > 0; i--)
{
if (sigismember(&block, i))
std::cout << 1;
else
std::cout << 0;
}
std::cout << std::endl;
}
void PrintPending()
{
sigset_t pending;
sigpending(&pending);
sigprocmask(SIG_SETMASK, nullptr, &pending);
std::cout<<"pending: ";
for (int i = 31; i > 0; i--)
{
if (sigismember(&pending, i))
std::cout << 1;
else
std::cout << 0;
}
std::cout << std::endl;
}
void handler(int signo)
{
std::cout << "signo: " << signo << std::endl;
// while(true)
// {
// PrintBlock();
// sleep(3);
// }
PrintBlock();
PrintPending();
sleep(3);
}
int main()
{
// signal(2,handler);
struct sigaction act, oldact;
act.sa_handler = handler;
sigaction(2, &act, &oldact);
// std::cout<<"执行"<<std::endl;
PrintBlock();
PrintPending();
while (true)
{
pause();
PrintBlock();
PrintPending();
}
}
验证sa_mask的作用
void handler(int signo)
{
std::cout << "signo: " << signo << std::endl;
// while(true)
// {
// PrintBlock();
// sleep(3);
// }
PrintBlock();
//PrintPending();
while(true)
{
}
//sleep(3);
}
int main()
{
// signal(2,handler);
struct sigaction act, oldact;
act.sa_handler = handler;
sigset_t mask;
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask,2);
sigaddset(&mask,3);//把三号信号屏蔽
act.sa_mask = mask;//设置屏蔽信号
sigaction(2, &act, &oldact);
// std::cout<<"执行"<<std::endl;
PrintBlock();
//PrintPending();
while (true)
{
pause();
//PrintBlock();
//PrintPending();
}
}
屏蔽了2号和3号信号
可重入函数
一个函数被两个以上的执行流同时进入--->重入(重复进入)
重入，不出问题--->可重入函数
重入，出问题---> 不可重入函数--->涉及对全局资源的处理
大部分库中的函数都是不可重入函数
重入和不可重入没有好坏之分，只是特性。
案例
因为中断，将node2插入链表，head指向node2，但返回main函数继续执行时，head又指向了node1导致找不到node2,也就造成了内存泄漏。main和信号的处理是两个执行流，进入的都是inset函数。
volatile
volatile是易变关键字
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
int flag = 1;
void handler(int signo)
{
printf("signo:%d\n",signo);
printf("flag -> 0\n");
flag = 0;
}
int main()
{
signal(2,handler);
while(flag);
printf("quit normal!\n");
return 0;
}
没开启编译器优化，会实时更新进程地址空间中flag的值
当把编译器的优化等级开高一些，为什么不退出了呢？
开了优化后，即使进程内存地址空间中的flag改变了，但cpu中的flag不会根据进程地址空间中的flag更新寄存器中的flag，所以一直死循环没有退出 。
volatile flag = 1;//加上volatile关键字即使优化编译器优化等级开高了，也实时通过进程地址空间中值修改寄存器中的值。
SIGCHLD信号
当子进程退回后----（给父进程发送）--->SIGCHLD信号
waitpid补充
pid为-1时，可以等待任何子进程。
验证子进程退出会给父进程发送SIGCHLD信号
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <wait.h>
void handler(int signo)
{
std::cout << "signo: " << signo << std::endl;
pid_t ret = waitpid(-1, nullptr, 0);//pid==-1,表示等待任何子进程
if (ret > 0)
{
std::cout<<"子进程: "<<ret<<"退出"<<std::endl;
}
else if (ret < 0)
{
std::cout << "wait error" << std::endl;
}
sleep(3);
}
int main()
{
signal(SIGCHLD, handler);
pid_t pid = fork();
if (pid == 0)
{
std::cout << "我是子进程: ";
std::cout << getpid() << std::endl;
exit(0);
}
std::cout << "我是父进程: " << getpid() << std::endl;
while (true);
return 0;
}
基于信号对子进程回收
问题1：
如果有n个子进程同时给父进程发送SIGCHLD信号，这是只能记录和处理一个信号；
如果pending记录了一个信号，其他的信号再发过来也不会被记录。
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <wait.h>
void handler(int signo)
{
std::cout << "signo: " << signo << std::endl;
pid_t ret = waitpid(-1,nullptr,0);
if(ret>0)
{
std::cout << "子进程: " << ret << "退出" << std::endl;
}
else if(ret<0)
{
std::cout<<"wait error"<<std::endl;
}
}
int main()
{
signal(SIGCHLD, handler);
pid_t pid = fork();
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
pid_t pid = fork();
if (pid == 0)
{
std::cout << "我是子进程: ";
std::cout << getpid() << std::endl;
exit(0);
}
}
while(true);
return 0;
}
创建了10个子进程只有7个子进程退出，剩余的子进程发出的信号没有被处理，这些子进程变为了僵尸
解决方法循环回收
void handler(int signo)
{
while (true)
{
pid_t ret = waitpid(-1, nullptr, 0);
if (ret > 0)
{
std::cout << "子进程: " << ret << "退出" << std::endl;
// std::cout << "wait success" << std::endl;
}
else if (ret < 0)
{
std::cout << "暂时回收完毕" << std::endl;
break;
}
}
}运行结果：子进程全都被回收
没有僵尸子进程
问题2：
基于问题1，如果10个子进程中，有几个进程迟迟不退出那么，就会阻塞在信号处理那里等待子进程的退出
解决方法
options中有个WNOHANG，如果没有子进程结束则立即返回0
这样处理方法就有阻塞变为了非阻塞，如果有子进程退出则又会在进入循环回收，一次往复，避免了子进程出现僵尸。
pid_t ret = waitpid(-1, nullptr, WNOHANG);
