Linux系统编程——信号

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09-linux-day07(信号)

目录：
一、学习目标
二、进程通信——信号
1、信号的概念回顾
2、阻塞信号集、未决信号集、信号产生
3、raise和abort
4、alarm发送的信号
5、setitimer使用
6、setitimer实现alarm
7、1秒数数
8、信号集的函数
9、打印未决信号集
10、sigaction捕捉setitimer产生信号
11、sigaction特性演示
12、信号的处理流程
13、利用SIGCHLD回收子进程
14、SIGCHLD回收注意事项

 

一、学习目标

1、了解信号中的基本概念

2、熟练使用信号相关的函数

3、参考文档使用信号集操作相关函数

4、熟练使用信号捕捉函数signal

5、熟练使用信号捕捉函数sigaction

6、熟练掌握使用信号完成子进程的回收

 

二、进程通信——信号

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》信号的概念
信号在我们的生活中随处可见， 如：古代战争中摔杯为号；现代战争中的信号弹；体育比赛中使用的信号枪......他们都有共性：1. 简单 2. 不能携带大量信息 3. 满足某个特设条件才发送。
信号是信息的载体，Linux/UNIX 环境下，古老、经典的通信方式， 现下依然是主要的通信手段。
Unix早期版本就提供了信号机制，但不可靠，信号可能丢失。Berkeley 和 AT&T都对信号模型做了更改，增加了可靠信号机制。但彼此不兼容。POSIX.1对可靠信号例程进行了标准化。

 

》信号的机制
A给B发送信号，B收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行，去处理信号，处理完毕再继续执行。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称为“软中断”。
信号的特质：由于信号是通过软件方法实现，其实现手段导致信号有很强的延时性。但对于用户来说，这个延迟时间非常短，不易察觉。
    每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的，内核处理。

 

》与信号相关的事件和状态

>>产生信号:
1. 按键产生，如：Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+\
2. 系统调用产生，如：kill、raise、abort
3. 软件条件产生，如：定时器alarm
4. 硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
5. 命令产生，如：kill命令

>>递达：递送并且到达进程。

>>未决：产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

信号的处理方式:
1. 执行默认动作
2. 忽略(丢弃)
3. 捕捉(调用户处理函数)
    Linux内核的进程控制块PCB是一个结构体，task_struct, 除了包含进程id，状态，工作目录，用户id，组id，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。
阻塞信号集(信号屏蔽字)： 将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽x信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后(解除屏蔽后)

未决信号集:
1. 信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为0。这一时刻往往非常短暂。
2. 信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。   

 

》信号的编号
可以使用kill –l 命令查看当前系统可使用的信号有哪些。
1) SIGHUP     2) SIGINT     3) SIGQUIT     4) SIGILL         5) SIGTRAP
 6) SIGABRT     7) SIGBUS     8) SIGFPE     9) SIGKILL    10) SIGUSR1
11) SIGSEGV    12) SIGUSR2    13) SIGPIPE    14) SIGALRM    15) SIGTERM
16) SIGSTKFLT    17) SIGCHLD    18) SIGCONT    19) SIGSTOP    20) SIGTSTP
21) SIGTTIN    22) SIGTTOU    23) SIGURG    24) SIGXCPU    25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM    27) SIGPROF    28) SIGWINCH    29) SIGIO    30) SIGPWR
31) SIGSYS    34) SIGRTMIN    35) SIGRTMIN+1    36) SIGRTMIN+2    37) SIGRTMIN+3
38) SIGRTMIN+4    39) SIGRTMIN+5    40) SIGRTMIN+6    41) SIGRTMIN+7    42) SIGRTMIN+8
43) SIGRTMIN+9    44) SIGRTMIN+10    45) SIGRTMIN+11    46) SIGRTMIN+12    47) SIGRTMIN+13
48) SIGRTMIN+14    49) SIGRTMIN+15    50) SIGRTMAX-14    51) SIGRTMAX-13    52) SIGRTMAX-12
53) SIGRTMAX-11    54) SIGRTMAX-10    55) SIGRTMAX-9    56) SIGRTMAX-8    57) SIGRTMAX-7
58) SIGRTMAX-6    59) SIGRTMAX-5    60) SIGRTMAX-4    61) SIGRTMAX-3    62) SIGRTMAX-2
63) SIGRTMAX-1    64) SIGRTMAX
不存在编号为0的信号。其中1-31号信号称之为常规信号（也叫普通信号或标准信号），34-64称之为实时信号，驱动编程与硬件相关。名字上区别不大。而前32个名字各不相同。

 

》信号4要素
与变量三要素类似的，每个信号也有其必备4要素，分别是：
1. 编号 2. 名称 3. 事件 4. 默认处理动作
可通过man 7 signal 查看帮助文档获取。也可查看/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/arch/s390/include/uapi/asm/signal.h
Signal         Value     Action   Comment
────────────────────────────────────────────
SIGHUP          1       Term    Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process
SIGINT           2       Term    Interrupt from keyboard
SIGQUIT          3       Core    Quit from keyboard
SIGILL            4       Core    Illegal Instruction
SIGFPE           8       Core    Floating point exception
SIGKILL           9       Term    Kill signal
SIGSEGV         11      Core    Invalid memory reference
SIGPIPE       13      Term    Broken pipe: write to pipe with no readers
SIGALRM        14      Term    Timer signal from alarm(2)
SIGTERM         15      Term    Termination signal
SIGUSR1   30,10,16    Term    User-defined signal 1
SIGUSR2   31,12,17    Term    User-defined signal 2
SIGCHLD   20,17,18    Ign     Child stopped or terminated
SIGCONT   19,18,25    Cont    Continue if stopped
SIGSTOP   17,19,23    Stop    Stop process
SIGTSTP   18,20,24    Stop    Stop typed at terminal
SIGTTIN   21,21,26    Stop    Terminal input for background process
SIGTTOU   22,22,27   Stop    Terminal output for background process
The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.       
在标准信号中，有一些信号是有三个“Value”，第一个值 通常对alpha和sparc架构有效，中间值针对x86、arm和其他架构，最后一个应用于mips架构。一个‘-’表示在对应架构上尚未定义该信号。
不同的操作系统定义了不同的系统信号。因此有些信号出现在Unix系统内，也出现在Linux中，而有的信号出现在FreeBSD或Mac OS中却没有出现在Linux下。这里我们只研究Linux系统中的信号。
默认动作：
        Term：终止进程
        Ign： 忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)
        Core：终止进程，生成Core文件。(查验进程死亡原因， 用于gdb调试)
        Stop：停止（暂停）进程
        Cont：继续运行进程
注意从man 7 signal帮助文档中可看到 : The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

这里特别强调了9) SIGKILL 和19) SIGSTOP信号，不允许忽略和捕捉，只能执行默认动作。甚至不能将其设置为阻塞。

另外需清楚，只有每个信号所对应的事件发生了，该信号才会被递送(但不一定递达)，不应乱发信号！！

 

》Linux常规信号一览表
1) SIGHUP: 当用户退出shell时，由该shell启动的所有进程将收到这个信号，默认动作为终止进程
2) SIGINT：当用户按下了<Ctrl+C>组合键时，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动
作为终止进程。
3) SIGQUIT：当用户按下<ctrl+\>组合键时产生该信号，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信
号。默认动作为终止进程。
4) SIGILL：CPU检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生core文件
5) SIGTRAP：该信号由断点指令或其他 trap指令产生。默认动作为终止里程 并产生core文件。
6) SIGABRT: 调用abort函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生core文件。
7) SIGBUS：非法访问内存地址，包括内存对齐出错，默认动作为终止进程并产生core文件。
8) SIGFPE：在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为0等所有的算法错误。默认动作为终止进程并产生core文件。
9) SIGKILL：无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了可以杀死任何进程的方法。
10) SIGUSE1：用户定义 的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
11) SIGSEGV：指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生core文件。
12) SIGUSR2：另外一个用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
13) SIGPIPE：Broken pipe向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。
14) SIGALRM: 定时器超时，超时的时间 由系统调用alarm设置。默认动作为终止进程。
15) SIGTERM：程序结束信号，与SIGKILL不同的是，该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。执行shell命令Kill时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。
16) SIGSTKFLT：Linux早期版本出现的信号，现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。
17) SIGCHLD：子进程结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
18) SIGCONT：如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。
19) SIGSTOP：停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为暂停进程。
20) SIGTSTP：停止终端交互进程的运行。按下<ctrl+z>组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
21) SIGTTIN：后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。
22) SIGTTOU: 该信号类似于SIGTTIN，在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。
23) SIGURG：套接字上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出些信号，报告有紧急数据到达。如网络带外数据到达，默认动作为忽略该信号。
24) SIGXCPU：进程执行时间超过了分配给该进程的CPU时间 ，系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为终止进程。
25) SIGXFSZ：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
26) SIGVTALRM：虚拟时钟超时时产生该信号。类似于SIGALRM，但是该信号只计算该进程占用CPU的使用时间。默认动作为终止进程。
27) SGIPROF：类似于SIGVTALRM，它不公包括该进程占用CPU时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。
28) SIGWINCH：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
29) SIGIO：此信号向进程指示发出了一个异步IO事件。默认动作为忽略。
30) SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。
31) SIGSYS：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生core文件。
34) SIGRTMIN ～ (64) SIGRTMAX：LINUX的实时信号，它们没有固定的含义（可以由用户自定义）。所有的实时信号的默认动作都为终止进程。

 

》信号的产生

终端按键产生信号
    Ctrl + c  → 2) SIGINT（终止/中断）     "INT" ----Interrupt
    Ctrl + z  → 20) SIGTSTP（暂停/停止）  "T" ----Terminal 终端。
    Ctrl + \  → 3) SIGQUIT（退出）    

硬件异常产生信号
    除0操作   → 8) SIGFPE (浮点数例外)    "F" -----float 浮点数。
    非法访问内存  → 11) SIGSEGV (段错误)
    总线错误  → 7) SIGBUS    

kill函数/命令产生信号
kill命令产生信号：kill -SIGKILL pid
kill函数：给指定进程发送指定信号(不一定杀死)

int kill(pid_t pid, int sig);     成功：0；失败：-1 (ID非法，信号非法，普通用户杀init进程等权级问题)，设置errno
    sig：不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致。
    pid > 0:  发送信号给指定的进程。
    pid = 0:  发送信号给 与调用kill函数进程属于同一进程组的所有进程。
    pid < 0:  取|pid|发给对应进程组。
    pid = -1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程。

    进程组：每个进程都属于一个进程组，进程组是一个或多个进程集合，他们相互关联，共同完成一个实体任务，每个进程组都有一个进程组长，默认进程组ID与进程组长ID相同。

权限保护：super用户(root)可以发送信号给任意用户，普通用户是不能向系统用户发送信号的。 kill -9 (root用户的pid)  是不可以的。同样，普通用户也不能向其他普通用户发送信号，终止其进程。 只能向自己创建的进程发送信号。普通用户基本规则是：发送者实际或有效用户ID == 接收者实际或有效用户ID。

---

1、信号的概念回顾

 》信号四要素：

　　编号

　　名称

　　事件

　　默认处理动作

　　　　终止

　　　　忽略

　　　　终止+产生core

　　　　暂停、继续

》信号的特点：

　　简单

　　不能携带大量信息

　　特定条件下产生

》信号也叫软件产生的中断，有可能会有延迟。

》信号的处理方式：

　　执行默认动作

　　忽略

　　捕捉

》9，19号信号不能捕捉，不能忽略，甚至不能阻塞。

 

2、阻塞信号集、未决信号集、信号产生

》阻塞信号集和未决信号集

关系：阻塞信号集影响未决信号集（设置了阻塞信号集，来了信号，被阻塞了，会把未决信号集置为1，什么时候解除阻塞了，什么时候变为0）

》信号的产生

系统api产生信号

kill函数：

int kill(pid_t pid, int sig);

　　pid

　　　　pid >0，要发送进程ID

　　　　pid =0，代表当前调用进程组内所有进程

　　　　pid = -1，代表有权限发送的所有进程

　　　　pid <0，代表-pid对应的组内所有进程

　　sig对应的信号

练习：子进程杀死父进程

>touch killfather.c

>vi killfather.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<signal.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    for(i = 0; i < 5; i++){
        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0){
            break;
        }
    }
    if(i == 2){
        printf("I will kill father after 5s\n");
        sleep(5);
        kill(getppid(), SIGKILL);
        while(1){
            sleep(1);
        }
    }
    else if(i == 5){
        //parent
        while(1){
            printf("I am parent, I am happy!\n");
            sleep(1);
        }
    }
    
    
    return 0;
}

>make

>./killfather

（打开另一个终端，ps aux查看子进程仍然活着，可以通过kill pid杀死。）

 

3、raise和abort

练习：父进程杀死子进程

>touch kill3.c

>vi kill3.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<signal.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i = 0;
    pid_t pid3,pid;
    for(i = 0; i < 5; i++){
        pid = fork();
        if(pid == 0){
            break;
        }
        if(i == 2){
            pid3 = pid;
        }
    }
    if(i < 5){
        while(1){//son
            printf("I am child,pid=%d,ppid=%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(3);
        }
    }
    else if(i == 5){
        //parent
        printf("I am parent,pid=%d,I will kill xiao san pid3=%d\n",getpid(),pid3);
        sleep(5);
        kill(pid3,SIGKILL);
        while(1){
            sleep(1);
        }
    }
    
    
    return 0;
}

>make

>./kill3

 

》raise 函数：给当前进程发送指定信号(自己给自己发)    raise(signo) == kill(getpid(), signo);
int raise(int sig); 成功：0，失败非0值

》abort 函数：给自己发送异常终止信号 6) SIGABRT 信号，终止并产生core文件
void abort(void); 该函数无返回

 

》raise

man raise

int raise(int sig);

练习：自杀

>touch raise.c

>vi raise.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<signal.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("I will die!\n");
    sleep(2);
    raise(SIGKILL);//kill(getpid(),sig)
    
    return 0;
}

>make

>./raise

》abort

man abort

>vi raise.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("I will die!\n");
    sleep(2);
    //raise(SIGKILL);//kill(getpid(),sig)
    abort();
    return 0;
}

>make

>./raise

（显示：I will die!；已放弃（核心已转储））

 

时钟产生信号

4、alarm发送的信号

alarm函数    
设置定时器(闹钟)。在指定seconds后，内核会给当前进程发送14）SIGALRM信号。进程收到该信号，默认动作终止。
每个进程都有且只有唯一个定时器。
unsigned int alarm(unsigned int seconds); 返回0或剩余的秒数，无失败。
常用：取消定时器alarm(0)，返回旧闹钟余下秒数。
例：alarm(5) → 3sec → alarm(4) → 5sec → alarm(5) → alarm(0)

定时，与进程状态无关(自然定时法)！就绪、运行、挂起(阻塞、暂停)、终止、僵尸...无论进程处于何种状态，alarm都计时。

man alarm

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

　　定时给自己发送SIGALRM

　　几秒后发送信号

　　返回值，上次闹钟剩余的秒数

　　特别的，如果传入参数秒数为0，代表取消闹钟

>touch alarm.c

>vi alarm.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = 0;
    ret = alarm(6);
    printf("ret = %d\n",ret);
    sleep(2);
    ret = alarm(5);
    printf("ret = %d\n",ret);
    while(1){
        printf("lai da wo ba!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

>make

>./alarm

（显示：lai da wo ba! 5次；闹钟）

5、setitimer使用

setitimer函数
设置定时器(闹钟)。 可代替alarm函数。精度微秒us，可以实现周期定时。

每个进程都有且只有唯一个定时器。
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);    成功：0；失败：-1，设置errno
参数：which：指定定时方式
1）自然定时：ITIMER_REAL → 14）SIGLARM                         计算自然时间
2）虚拟空间计时(用户空间)：ITIMER_VIRTUAL → 26）SIGVTALRM       只计算进程占用cpu的时间
3）运行时计时(用户+内核)：ITIMER_PROF → 27）SIGPROF         计算占用cpu及执行系统调用的时间

》setitimer函数：周期性的发送信号

man setitimer

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

　　which

　　　　ITIMER_REAL 自然定时法 SIGALRM

　　　　ITIMER_VIRTUAL 计算进程执行时间 SIGVTALRM

　　　　ITIMER_PROF 进程执行时间+调度时间 ITIMER_VIRTUAL

　　new_value 要设置的闹钟时间

　　old_value 原闹钟时间

struct itimerval{

　　struct timeval it_interval;/* Interval for periodic timer */周期性的时间设置

　　struct timeval it_value;/* Time until next expiration */ 下次的闹钟时间

};

struct timeval{

　　time_t tv_sec;/* seconds */ 秒

　　suseconds_t tv_usec;/* microseconds */ 微妙

};

》练习——ITIMER_REAL 自然定时法

>touch setitimer.c

>vi setitimer.c

#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>
#include<unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct itimerval myit = {{0,0},{3,0}};//定义3秒以后发送SIGALRM信号
    setitimer(ITIMER_REAL,&myit,NULL);
    
    while(1){
        printf("who can kill me!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

>make

>./setitimer

（显示：who can kill me! 3次；闹钟）

》练习——ITIMER_REAL 自然定时法（初识signal函数）

>touch setitimer1.c

>vi setitimer1.c

#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
//typedef void (*sighandler_t)(int);
//
// sighandler_t signal(int signum, sighandler_t hander);

void catch_sig(int num)
{
    printf("cat %d sig\n", num);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    signal(SIGALRM,catch_sig);
    struct itimerval myit = {{3,0},{5,0}};//第一次等待5s，之后每隔3s
    setitimer(ITIMER_REAL,&myit,NULL);
    
    while(1){
        printf("who can kill me!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

>make

>./setitimer1

 

6、setitimer实现alarm

>touch myalarm.c

>vi myalarm.c

#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>
#include<unistd.h>

unsigned int myalarm(unsigned int seconds)
{
    struct itimerval oldit, myit = {{0,0},{0,0}};//周期性设置为0
    myit.it_value.tv_sec = seconds;//设置下次的闹钟时间秒数为seconds
    setitimer(ITIMER_REAL,&myit,&oldit);//seconds后发送SIGALRM信号
    printf("tv_sec=%ld,tv_mirsec=%ld\n",oldit.it_value.tv_sec,oldit.it_value.tv_usec);
    return oldit.it_value.tv_sec;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = 0;
    ret = myalarm(5);
    printf("ret = %d秒\n",ret);//之前没有闹钟，返回值为0
    sleep(3);
    ret = myalarm(3);
    printf("ret = %d秒\n",ret);//sleep消耗3秒，printf消耗了时间，所以上次剩余时间小于2s,最后打印ret =1秒
    //myalarm调用printf打印了秒数和微秒数，可以精确看出上次剩余时间为1秒+997861毫秒，此处子函数只是演示，所以返回秒数
23     while(1){
        printf("lai da wo ya!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

>make

>./myalarm

 

7、1秒数数

》定时1秒最多数数 数量

>touch count.c

>vi count.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i = 0;
    alarm(1);
    while(1){
        printf("%d\n",i++);
    }
    return 0;
}

>gcc count.c

>./a.out

>time ./a.out

（使用time可以查看真实进程使用时间，用户使用时间，系统调动时间）

由于调用了printf函数耽误了时间，优化如下：

>time ./a.out > 1.log

>tail -f 1.log

 

8、信号集的函数

内核通过读取未决信号集来判断信号是否应被处理。信号屏蔽字mask可以影响未决信号集。而我们可以在应用程序中自定义set来改变mask。已达到屏蔽指定信号的目的。

man sigemptyset

int sigemptyset(sigset_t *set); 清空信号集

int sigfillset(sigset_t *set); 填充信号集

int sigaddset(sigset_t *set, int signum); 添加某个信号到信号集

int sigdelset(sigset_t *set, int signum); 从集合中删除某个信号

int sigismember(const sigset_t *set, int signum); 是否为集合里的成员

　　返回1代表signum在集合中

sigset_t类型的本质是位图。但不应该直接使用位操作，而应该使用上述函数，保证跨系统操作有效。

    对比认知select 函数。

 

》man sigprocmask——用来屏蔽信号、解除屏蔽也使用该函数。其本质，读取或修改进程的信号屏蔽字(PCB中)

严格注意，屏蔽信号：只是将信号处理延后执行(延至解除屏蔽)；而忽略表示将信号丢处理。

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); 设置阻塞或者解除阻塞信号集

　　how

　　　　SIG_BLOCK设置阻塞

　　　　SIG_UNBLOCK 解除阻塞

　　　　SIG_SETMASK 设置set为新的阻塞信号集

　　set 传入的信号集

　　oldset 旧的信号集，传出（便于以后恢复现场）

》man sigpending——读取当前进程的未决信号集

int sigpending(sigset_t *set); 获取未决信号集

　　set 传出参数，当前的未决信号集

 

9、打印未决信号集

》练习：编写程序，把所有的常规信号的未决状态打印至屏幕

>touch sigpending.c

>vi sigpending.c

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    sigset_t pend, sigproc;
    //设置阻塞信号，等待键盘按键产生信号
    sigemptyset(&sigproc);//先清空
    sigaddset(&sigproc,SIGINT);//增加了2号信号阻塞,等待按Ctrl+c
    sigaddset(&sigproc,SIGQUIT);//增加了3号信号阻塞,等待按Ctrl+\
    sigaddset(&sigproc,SIGKILL);//增加了9号信号阻塞，在另一个终端，可以通过kill -9 pid杀死进程
    
    //设置阻塞信号集
    sigprocmask(SIG_BLOCK,&sigproc,NULL);
    
    //循环取未决信号集，打印
    while(1){
        sigpending(&pend);
        int i;
        for(i = 1; i < 32; i++){
            if(sigismember(&pend,i) == 1){
                printf("1");
            }
            else{
                printf("0");
            }
        }
        printf("\n");
        sleep(1);
    }

    
    return 0;
}

>make

>./sigpending

 

10、sigaction捕捉setitimer产生信号

sigaction函数——修改信号处理动作（通常在Linux用其来注册一个信号的捕捉函数）

》防止进程意外死亡

man signal

typedef void(*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

　　signum 要捕捉的信号

　　handler 要执行的捕捉函数指针，函数应该声明 void func(int );

》sigaction——注册捕捉函数

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

　　signum 捕捉的信号

　　act 传入的动作，结构体如下；

　　oldact 原动作（传入参数，恢复现场）

struct sigaction{

　　void (*sa_handler)(int);//函数指针

　　void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);//函数指针

　　sigset_t sa_mask;//执行捕捉函数期间，临时屏蔽的信号集

　　int sa_flags;//一般填0，执行第一个函数，如果填SA_SIGINFO会使用第二个函数指针

　　void (*sa_restorer)(void);//无效

};

重点掌握：

1）sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名(即注册函数)。也可赋值为SIG_IGN表忽略 或 SIG_DFL表执行默认动作

2）sa_mask: 调用信号处理函数时，所要屏蔽的信号集合(信号屏蔽字)。注意：仅在处理函数被调用期间屏蔽生效，是临时性设置。

3）sa_flags：通常设置为0，表使用默认属性。

 

>touch sigaction.c

>vi sigaction.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/time.h>

void catch_sig(int num){
    printf("catch %d sig\n",num);
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    //注册一下捕捉函数
    struct sigaction act;
    act.sa_flags = 0;
    act.sa_handler = catch_sig;
    sigemptyset(&act.sa_mask);//先清空
    sigaction(SIGALRM,&act,NULL);//第一个参数与setitimer第一个参数设置为ITIMER_REAL对应
    
    //setitemer
    struct itimerval myit = {{3,0},{5,0}};
    setitimer(ITIMER_REAL,&myit,NULL);
    while(1){
        printf("who can kill me!\n");
        sleep(1);
    }
    
    return 0;
}

>make

>./sigaction

（打开另一个终端，输入ps aux查看./sigaction的pid，输入kill -14 pid查看结果）

 

11、sigaction特性演示

信号捕捉特性
1.进程正常运行时，默认PCB中有一个信号屏蔽字，假定为☆，它决定了进程自动屏蔽哪些信号。当注册了某个信号捕捉函数，捕捉到该信号以后，要调用该函数。而该函数有可能执行很长时间，在这期间所屏蔽的信号不由☆来指定。而是用sa_mask来指定。调用完信号处理函数，再恢复为☆。
2.XXX信号捕捉函数执行期间，XXX信号自动被屏蔽。
3.阻塞的常规信号不支持排队，产生多次只记录一次。（后32个实时信号支持排队）

》验证mask

>touch sigaction_mask.c

>vi sigaction_mask.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/time.h>

void catch_sig(int num){
    printf("begin call,catch %d sig\n",num);
    sleep(5);//模拟捕获函数执行时间较长
    printf("end call,catch %d sig\n",num);
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    //注册一下捕捉函数
    struct sigaction act;
    act.sa_flags = 0;
    act.sa_handler = catch_sig;
    sigemptyset(&act.sa_mask);//先清空
    
    //先不增加这一行，运行，加入此行，再运行，按键Ctrl+c，Ctrl+\
    sigaddset(&act.sa_mask,SIGQUIT);//临时屏蔽Ctrl+\信号
    
    sigaction(SIGINT,&act,NULL);//等待按键Ctrl+c，捕捉2号信号
    
    while(1){
        printf("who can kill me?\n");
        sleep(1);
    }
    
    return 0;
}

>make

>./sigaction_mask

（等待捕捉键盘按键：Ctrl+c或Ctrl+\）

 

12、信号的处理流程

内核实现信号捕捉过程：

 

13、利用SIGCHLD回收子进程

子进程在暂停或退出的时候会发出SIGCHLD信号，我们可以通过捕捉SIGCHLD信号来回收子进程。

》SIGCHLD的产生条件

子进程终止时

子进程接收到SIGSTOP信号停止时

子进程处在停止态，接受到SIGCONT后唤醒时

 

man 7 signal一下信号SIGCHLD

>touch child_catch.c

>vi child_catch.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>

/* //第一次
void catch_sig(int num){
    pid_t wpid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
    if(wpid > 0){
        printf("wait child %d ok\n",wpid);
    }
}
*/
//优化
void catch_sig(int num){
    pid_t wpid;
    while(wpid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG) > 0){
        printf("wait child %d ok\n",wpid);
    }
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    pid_t pid;
    for(i = 0; i < 10; i++){
        pid = fork();
        if(pid == 0){
            break;
        }
    }
    if(i == 10){
        //parent
        struct sigaction act;
        act.sa_flags = 0;
        sigemptyset(&act.sa_mask);
        act.sa_handler = catch_sig;
        
        sigaction(SIGCHLD,&act,NULL);
        while(1){
            sleep(1);
        }
    }
    else if(i < 10){
        //son
        printf("I am %d child,pid=%d\n",i,getpid());
        //sleep(i);//第一次，增加睡觉，但是如果子进程不睡觉，会怎么样？
        //因为阻塞进程不会排队，所以会出现僵尸进程，要优化catch_sig代码while判断
    }
    
    return 0;
}

>make

>./child_catch

（打开另一个终端，ps aux查看子进程是否回收）

如果每创建一个子进程后不使用sleep可以吗？可不可以将程序中，捕捉函数内部的while替换为if？为什么？优化代码

 

14、SIGCHLD回收注意事项

思考：信号不支持排队，当正在执行SIGCHLD捕捉函数时，再过来一个或多个SIGCHLD信号怎么办？

>vi child_catch.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>

/* //第一次
void catch_sig(int num){
    pid_t wpid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
    if(wpid > 0){
        printf("wait child %d ok\n",wpid);
    }
}
*/
//优化
void catch_sig(int num){
    pid_t wpid;
    while(wpid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG) > 0){
        printf("wait child %d ok\n",wpid);
    }
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    pid_t pid;
    
    //在创建子进程之前屏蔽SIGCHLD信号
    sigset_t myset, oldset;
    sigemptyset(&myset);
    sigaddset(&myset,SIGCHLD);
    //oldset保留现场，设置了SIGCHLD的阻塞信号集
    sigprocmask(SIG_BLOCK,&myset,&oldset);
    
    for(i = 0; i < 10; i++){
        pid = fork();
        if(pid == 0){
            break;
        }
    }
    if(i == 10){
        //parent
        sleep(2);//模拟晚于子进程死亡，如果不处理，会产生10个僵尸进程,优化代码，屏蔽SIGCHLD信号，然后在父进程最后解除屏蔽
        struct sigaction act;
        act.sa_flags = 0;
        sigemptyset(&act.sa_mask);
        act.sa_handler = catch_sig;
        
        sigaction(SIGCHLD,&act,NULL);
        
        //解除屏蔽现场
        sigprocmask(SIG_SETMASK,&oldset,NULL);
        
        while(1){
            sleep(1);
        }
    }
    else if(i < 10){
        //son
        printf("I am %d child,pid=%d\n",i,getpid());
        //sleep(i);//第一次，增加睡觉，但是如果子进程不睡觉，会怎么样？
        //因为阻塞进程不会排队，所以会出现僵尸进程，要优化catch_sig代码while判断
    }
    
    return 0;
}

>make

>./child_catch

（打开另一个终端，ps aux查看子进程是否回收）

注意：回收子进程并不一定有序，与Ubuntu系统负载是否严重有关！！！

 

---

》子进程结束status处理方式

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)
　　options
　　　　WNOHANG
　　　　　　没有子进程结束，立即返回
　　　　WUNTRACED
　　　　　　如果子进程由于被停止产生的SIGCHLD，waitpid则立即返回
　　　　WCONTINUED
　　　　　　如果子进程由于被SIGCONT唤醒而产生的SIGCHLD，waitpid则立即返回
　　获取status
　　　　WIFEXITED(status)
　　　　　　子进程正常exit终止，返回真
　　　　　　　　WEXITSTATUS(status)返回子进程正常退出值
　　　　WIFSIGNALED(status)
　　　　　　子进程被信号终止，返回真
　　　　　　　　WTERMSIG(status)返回终止子进程的信号值
　　　　WIFSTOPPED(status)
　　　　　　子进程被停止，返回真
　　　　　　　　WSTOPSIG(status)返回停止子进程的信号值
　　　　WIFCONTINUED(status)

》SIGCHLD信号注意问题

1.    子进程继承了父进程的信号屏蔽字和信号处理动作，但子进程没有继承未决信号集spending。
2.    注意注册信号捕捉函数的位置。
3.    应该在fork之前，阻塞SIGCHLD信号。注册完捕捉函数后解除阻塞。

》中断系统调用(了解性内容)

系统调用可分为两类：慢速系统调用和其他系统调用。
（1） 慢速系统调用：可能会使进程永远阻塞的一类。如果在阻塞期间收到一个信号，该系统调用就被中断,不再继续执行(早期)；也可以设定系统调用是否重启。如，read、write、pause、wait...
（2）其他系统调用：getpid、getppid、fork...

结合pause，回顾慢速系统调用：
慢速系统调用被中断的相关行为，实际上就是pause的行为： 如，read
1） 想中断pause，信号不能被屏蔽。
2）信号的处理方式必须是捕捉 (默认、忽略都不可以)
3）中断后返回-1， 设置errno为EINTR(表“被信号中断”)
可修改sa_flags参数来设置被信号中断后系统调用是否重启。SA_INTERRURT不重启。 SA_RESTART重启。

扩展了解：
    sa_flags还有很多可选参数，适用于不同情况。如：捕捉到信号后，在执行捕捉函数期间，不希望自动阻塞该信号，可将sa_flags设置为SA_NODEFER，除非sa_mask中包含该信号。

---

作业

 对于第2题提示：1）通过kill(pid, sig)发送信号；2）父子进程 捕捉信号

>touch sig_count.c

>vi sig_count.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>

pid_t pid;
int count = 0;
int flag = 0;

void cat_sig_father(int num){
    sleep(1);
    flag = 1;
    printf("%d\n",count);
    count += 2;
    //kill(pid,SIGUSR2);
}

void cat_sig_child(int num){
    sleep(1);
    flag = 1;
    printf("%d\n",count);
    count += 2;
    //kill(getppid(),SIGUSR1;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pid = fork();
    if(pid == 0){
        //son
        count = 1;
        signal(SIGUSR2,cat_sig_child);
        pid_t ppid = getppid();
        
        while(1){
            if(flag == 1){
                kill(ppid,SIGUSR1);
                flag = 0;
            }
        }
    }
    else{
        usleep(10);//usleep睡10微妙
        count = 2;
        signal(SIGUSR1,cat_sig_father);
        kill(pid,SIGUSR2);
        //printf("begin...\n");
        while(1){
            if(flag == 1){
                kill(pid,SIGUSR2);
                flag = 0;
            }
        }
    }
    
    return 0;
}

>make

>./sig_count

（如果把cat_sig_father和cat_sig_child中把sleep注释掉，会出现问题，父子数数会卡住，与系统是否阻塞相关。）

解决：不使用flag，而把kill放入cat_sig_father和cat_sig_child中

>vi sig_count.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>

pid_t pid;
int count = 0;
int flag = 0;

void cat_sig_father(int num){
    //sleep(1);
    //flag = 1;
    printf("%d\n",count);
    count += 2;
    kill(pid,SIGUSR2);
}

void cat_sig_child(int num){
    //sleep(1);
    //flag = 1;
    printf("%d\n",count);
    count += 2;
    kill(getppid(),SIGUSR1;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pid = fork();
    if(pid == 0){
        //son
        count = 1;
        signal(SIGUSR2,cat_sig_child);
        pid_t ppid = getppid();
        
        while(1){
            if(flag == 1){
                //kill(ppid,SIGUSR1);
                //flag = 0;
            }
        }
    }
    else{
        usleep(10);//usleep睡10微妙
        count = 2;
        signal(SIGUSR1,cat_sig_father);
        kill(pid,SIGUSR2);
        //printf("begin...\n");
        while(1){
            if(flag == 1){
                //kill(pid,SIGUSR2);
                //flag = 0;
            }
        }
    }
    
    return 0;
}

>make

>./sig_count

 

在学习Linux系统编程总结了笔记，并分享出来。有问题请及时联系博主：Alliswell_WP，转载请注明出处。