学习笔记9

一、任务详情

自学教材第6章，提交学习笔记（10分），评分标准如下

知识点归纳以及自己最有收获的内容，选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容（4分）
问题与解决思路，遇到问题最先使用chatgpt等AI工具解决，并提供过程截图（3分）
实践过程截图，代码链接（2分）
其他（知识的结构化，知识的完整性等，提交markdown文档，使用openeuler系统等）（1分）

6.1 信号和中断

中断是从I/O设备或协处理器发送到CPU的外部请求，它将CPU从正常执行转移到中断处理。信号是发送给进程的请求，将进程从正常执行到中断处理。

人员中断

来自硬件的中断：大楼着火，闹钟响了等
来自其他人的中断：电话响了，有人敲门等。
自己造成的中断：切到手指,吃得太多等。
按照紧急程度，中断可分为以下几类:
不可屏蔽(NMI)：大楼着火!
可屏蔽：有人敲门等。

进程中断
这类中断是发送给进程的中断。当某进程正在执行时，可能会收到来自3个不同来源的中断:

来自硬件的中断:终端、间隔定时器的“Ctrl+C”组合键等。
来自其他进程的中断:kill(pid，SIG#), death_of_child等。
自己造成的中断:除以0、无效地址等。
每个进程中断都被转换为一个唯一ID号，发送给进程。与多种类的人员中断不同，我们始终可限制在一个进程中的中断的数量。Unix/Linux中的进程中断称为信号，编号为1到31。进程的PROC结构体中有对应每个信号的动作函数，进程可在收到信号后执行该动作函数。与人员类似，进程也可屏蔽某些类型的信号，以推迟处理。必要时，进程还可能会修改信号动作函数。

硬件中断
这类中断是发送给处理器或CPU的信号。它们也有三个可能的来源:

来自硬件的中断:定时器、1/O设备等
来自其他处理器的中断:FFP、DMA、多处理器系统中的其他CPU
自己造成的中断:除以О、保护错误、INT指令。
每个中断都有唯一的中断向量号。动作函数是中断向量表中的中断处理程序。CPU不会导致任何自己造成的中断(除非出错)。这种中断是由于进程正在使用或在大多数情况下误用CPU造成的。

进程的陷阱错误
进程可能会自己造成中断。这些中断是由被CPU识别为异常的错误引起的，例如除以0、无效地址、非法指令、越权等。当进程遇到异常时，它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在用户模式下发生异常，则进程的默认操作是终止，并使用一个可选的内存转储进行调试

6.2 Unix/Linux信号示例

按“Ctrl+C"组合键通常会导致当前运行的进程终止，因为会生成一个键盘硬件中断
用户可使用nohup a.ou&命令在后台运行一个程序，即使用户推出后还可以运行。
用户可以使用sh命令kill pid (or kiss -s 9 pid)杀死进程

6.3 Unix/Linux的信号处理

6.3.1信号类型

Unix/Linux支持的31种信号，在signal.h文件中均有定义：

#define  	SIGHUP  	1
#define  	SIGINT  	2
#define  	SIGQUIT  	3
#define  	SIGILL  	4
#define  	SIGTRAP  	5
#define  	SIGABRT  	6
#define  	SIGIOT  	6
#define  	SIGBUS  	7
#define  	SIGFPE  	8
#define  	SIGKILL  	9
#define  	SIGUSR1  	10
#define  	SIGSEGV  	11
#define  	SIGUSR2  	12
#define  	SIGPIPE  	13
#define  	SIGALRM  	14
#define  	SIGTERM	        15
#define  	SIGSTKFLT	16
#define  	SIGCHLD    	17
#define  	SIGCONT	        18
#define  	SIGSTOP      	19
#define  	SIGTSTP	        20
#dpfine  	STGTTTN	        21
#define  	SIGTTOU	        22
#define  	SIGURG	        23
#define  	SIGXCPU	        24
#define  	SIGXFSZ    	25
#define  	SIGVTALRM	26
#define  	SIGPROF  	27
#define  	SIGWINCH	28
#define  	SIGPOLL  	29
#define  	SIGPWR	        30
#define  	SIGSYS	        31

每种信号都有一个符号名，如SIGHUP
使用kill -l命令可以列出该系统所支持的所有信号的列表：

6.3.2信号的来源

来自硬件的中断信号：在执行过程中，一些硬件中断被转换为信号发送给进程硬件信号。
来自异常的信号：当用户模式下的进程遇到异常时，会陷入内核模式，生成一个信号，并发送给自己。
来自其他进程的信号：进程可以使用kill（pid，sig）系统调用向pid标识的目标进程发送信号。

6.3.3进程PROC结构体中的信号

每个进程PROC都有一个32位向量，用来记录发送给进程的信号。MASK位向量用来屏蔽相应的信号，可使用一系列系统调用，如sigmask、sigsetmask。

6.3.4信号处理函数

每个进程PROC都有一个信号处理数组int sig[32]，其每个条目都指定了如何处理相应的信号，其中0表示DEFault，1表示IGNore,其他非零值表示用户模式下预先安装的信号捕捉函数。

typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

第一个参数signum：指明了所要处理的信号类型，它可以取除了SIGKILL和SIGSTOP外的任何一种信号。　

第二个参数handler：描述了与信号关联的动作，它可以取以下三种值：

SIG_IGN：忽略该信号
SIG_DFL：恢复对信号的系统默认处理
sighandler_t类型的函数指针：用户自定义的处理函数。

6.4 信号处理步骤

当某进程处于内核模式时，会检查信号并处理未完成的信号。如果某信号有用户安装的捕捉函数，该进程会先清除信号，获取捕捉函数地址，对于大多数陷阱信号，则将已安装的捕捉函数重置为 DEFault。然后，它会在用户模式下返回，以执行捕捉函数，以这种方式篡改返回路径。当捕捉函数结束时，它会返回到最初的中断点，即它最后进入内核模式的地方。
重置用户安装的信号捕捉函数：用户安装的陷阱相关信号捕捉函数用于处理用户代码中的陷阱错误。由于捕捉函数也在用户模式下执行，因此可能会再次出现同样的错误。如果是这样，该进程最终会陷入无限循环，一直在用户模式和内核模式之间跳跃。为了防止这种情况，Unix 内核通常会在允许进程执行捕捉函数之前先将处理函数重置为 DEFault。这意味着用户安装的捕捉函数只对首次出现的信号有效。
信号和唤醒：在Unix/Lintx内核中有两种SLEEP进程;深度休眠进程和浅度休眠进程。前一种进程不可中断，而后一种进程可由信号中断。如果某进程处于不可中断的SLEEP状态，到达的信号(必须来自硬件中断或其他进程)不会唤醒进程。如果它处于可中断的SLEEP状态，到达的信号将会唤醒它。例如，当某进程等待终端输入时，它会以低优先级休眠,这种休眠是可中断的,SIGINT这类信号即可唤醒它。

6.5信号与异常

作为进程异常的统一处理方法:当进程遇到异常时，它会陷人内核模式，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在内核模式下发生异常，内核只打印一条PANIC错误消息，然后就停止了。如果在用户模式下发生异常，则进程通常会终止，并以内存转储进行调试。
让进程通过预先安装的信号捕捉函数用户模式下的程序错误；
在特殊情况下，它会让某一个进程通过信号杀死另一个进程。