【Linux】进程信号——信号保存和信号捕捉

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文章目录

信号保存
- 信号相关的概念
- 信号是如何保存的呢？
- 有关信号保存的系统调用
- - sigprocmask
  - 信号的增删查改
  - 查看pending表
  - 验证接口
信号捕捉
- - 用户态与内核态
  - 信号捕捉流程
总结

信号保存

信号相关的概念

信号递达：指 操作系统 将一个信号（Signal）从内核传递到目标进程 的过程。它是 信号处理机制 中的关键步骤。
信号未决：信号从产生到递达之间的状态
信号阻塞 进程或线程可以暂时屏蔽某些信号，使它们在阻塞期间不会递达和处理。一旦解除阻塞，信号会被递达并处理。

被阻塞的信号将保持未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才能执行递达的动作。

注意：阻塞信号和忽略信号不同，阻塞信号表示信号没有递达，但是忽略信号表示信号已经抵达了，但是我们的处理方式是忽略处理。

信号是如何保存的呢？

在task_struct中有三张表，分别是下面三张：
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前两张表是位图，第三张表是函数指针表。
我们从左到右说起：
第一张表是位图，比特位的位置是信号编号，比特位的含义是是否阻塞信号，1表示阻塞当前编号的信号，0表示为阻塞当前信号。
第二张表也是位图，比特位的位置是信号编号，比特位的含义是是否收到信号，1表示收到信号，0表示未收到信号。
第三张表是函数指针表，表示每个信号对应方法，当收到信号之后，我们将拿着信号编号，然后在handler表中查找对应信号的方法。
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内核中三个表的结构，如上图。

有关信号保存的系统调用

sigprocmask

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这个函数的作用是获取或者设置当前进程的block表。
第一个参数表示我们用这个函数干嘛，有以下三种选项：

三种选项的作用也有批注。
在讲第二个参数之前我们先讲讲sigset_t这个类型：
sigset_t是一个用于表示信号集合的数据类型，定义在 <signal.h> 头文件中。它通常用于阻塞信号、解除信号阻塞和检查信号等操作。
第二个参数是新的信号集，是我们修改后的信号集，而第三个参数是旧的信号集，是修改之前的信号集，方便我们修改之后方便恢复。

信号的增删查改

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上面五个函数是增删查改，第一个函数是将一个信号集置为零，第二个函数是将信号集全部设置为1，第三个函数是添加新的信号到信号集当中，第四个函数表示在信号集中删除指定信号，第五个函数是在指定信号集中查找指定信号。

查看pending表

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这个函数很简单，参数是输出参数，可以将当前进程的pending表输出出来，但是为什么没有设置pending表的呢？因为产生信号的方式有很多种，我们在上一章中讲到过，我们拿一个作为例子，比如说命令kill就可以产生信号。

我们讲完上面的接口，我们来写一个简单的代码，来验证一下，这些接口是否有屏蔽信号的功能。

验证接口

代码

#include <iostream>
#include <signal.h>
using namespace std;

void Printf(const sigset_t& pending)
{
    for(int i = 31;i > 0;i--)
    {
        if(sigismember(&pending,i) == 1)
        {
            cout<<1;
        }
        else cout<<0;
    }
    cout<<endl;
}

int main()
{
    sigset_t block,oblock;

    //重置两个block表
    sigemptyset(&block);
    sigemptyset(&oblock);

    //设置屏蔽信号
    sigaddset(&block,2);

    //将信号设置进内核
    sigprocmask(SIG_BLOCK,&block,&oblock);

    sigset_t pending;
    while(true)
    {
        //打印pending表
        sigpending(&pending);
        Printf(pending);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

运行结果

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为什么当我们输入ctrl+c的时候，为什么在pending表中会一直存在2号信号呢？因为我们之前做了阻塞，当收到2号信号的时候，将其阻塞，所以pending表中会一直受到信号。所以如何解决这种情况呢？
我们可以定义一个计数器，当计数器走到10的时候将2号信号进入递达状态。
代码：

#include <iostream>
#include <signal.h>
using namespace std;

void Printf(const sigset_t& pending)
{
    for(int i = 31;i > 0;i--)
    {
        if(sigismember(&pending,i) == 1)
        {
            cout<<1;
        }
        else cout<<0;
    }
    cout<<endl;
}

int main()
{
    sigset_t block,oblock;

    //重置两个block表
    sigemptyset(&block);
    sigemptyset(&oblock);

    //设置屏蔽信号
    sigaddset(&block,2);

    //将信号设置进内核
    sigprocmask(SIG_BLOCK,&block,&oblock);

    sigset_t pending;
    int count = 0;
    while(true)
    {
        //打印pending表
        sigpending(&pending);
        Printf(pending);
        if(count == 10)
        {
            sigprocmask(SIG_SETMASK,&oblock,nullptr);
            cout<<"Unblock signal"<<endl;
        }
        count++;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

结果
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因为ctrl+c默认处理方式就是结束进程所以这里，我们看到的是结束，没有看到pending表的变化，我们加入signal函数进行信号捕捉，进行我们的自定义方法，不结束进程，查看pending表的变化状态：

可以看见，当信号从屏蔽字中去除的时候，执行自定义方法，然后pending表中2号信号消失。

信号捕捉

用户态与内核态

在操作系统中，CPU 主要运行在 用户态（User Mode） 或 内核态（Kernel Mode）。这两种模式是 操作系统的特权级别，用于保护系统的安全和稳定性。

用户态（User Mode）：
- 权限受限，不能直接访问硬件（如磁盘、网络、内存管理等）。
- 运行用户进程（如应用程序）。
- 只能通过系统调用请求内核提供服务（比如 read()、write()、open()）。
内核态（Kernel Mode）：
- 最高权限，可以直接访问所有资源（如 CPU、内存、I/O 设备）。
- 运行操作系统内核代码（进程管理、文件系统、设备驱动等）。
- 可以直接操作硬件，比如修改页表、控制设备中断。