《信息安全系统设计与实现》第九次学习笔记
《信息安全系统设计与实现》第九次学习笔记
第六章 信号和信号处理
信号和中断
- 信号是发送给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理。
- 进程
- 从事日常事务的人
- 在用户模式或内核模式下运行的Unix/Linux进程
- 执行机器指令的CPU
- “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。与发送给CPU的中断请求一样，“信号”是发送给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理。
- 根据来源，中断可分为：
- 来自硬件的中断
- 来自其他人的中断
- 自己造成的中断
- 按照紧急程度，中断可分为:
- 不可屏蔽
- 可屏蔽
- 硬件中断
- 来自硬件的中断
- 来自其他处理器的中断
- 自己造成的中断
- 进程的错误陷阱
- 根据来源，中断可分为：
Unix/Linux信号示例
- 按Ctrl+C会使当前进程停止
- 可使用
nohup a.out &命令在后台运行一个程序 - 可使用
kill pid(or kill -s 9 pid)杀死进程
Unix/Linux中的信号处理
- 信号类型
信号的来源
- 来自硬件中断的信号
- 中断键Ctrl+C，它产生一个SIGINT(2)信号
- 间隔定时器，当他的时间到期时，会生成一个SIGALRM(14)、SIGTALRM(26)或SIGPROF(27)信号。
- 其他硬件错误，如总线错误、IO陷阱
- 来自异常的信号
- 常见的陷阱信号有SIGFPE(8)，表示浮点异常（除以0），最常见也是最可怕的是SIGSEGV（11），表示段错误
- 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
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。在位向量中，每一位（0位除外）代表一个信号编号。此外，它还有一个信号MASK位向量，用来屏蔽相应的信号。待处理信号只有在未被屏蔽的情况下才有效。因此这样可以让进程延迟处理被屏蔽的信号，类似于CPU屏蔽某些中断。
信号处理函数
-
每个进程PROC 都有一个信号处理数组int sig[32]。Sig[32]数组的每个条目都指定了如何处理相应的信号，其中0表示 DEFault（默认），1表示 IGNore（忽略）.其他非零值表示用户模式下预先安装的信号捕捉（处理）函数。下图给出了信号位向量、屏蔽位向量和信号处理函数。
安装信号捕捉函数
- 进程可使用系统调用
int r = signal(int signal_number, void *handler);来修改选定信号编号的处理函数 - 已安装的信号处理函数将会进入捕捉函数入口:
void catcher(int signal_number){···} - sigaction的结构体如下：
-
struct sigaction{ void (*sa_handler)(int);//指向处理函数 void (*sa_sigaction)(int ,siginfo_t * ,void *);//是运行信号处理函数的另一种 方法，其中signfo_t*能够接受更多的信号 sigset_t sa_mask;//可在处理函数执行期间设置要阻塞的信号 int sa_flags;//修改信号处理进程的行为,若要使用sa_sigaction处理函数，此时本参数的值应为SA_SIGINFO void (*sa_restorer)(void); }
-
- sigaction()的使用示例：
-
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <signal.h> //#include <siginfo.h> void handler(int sig, siginfo_t *siginfo, void *context) { printf("handler: sig=%d from PID=%d UID=%d\n",sig, siginfo->si_pid, siginfo->si_uid); } int main(int argc, char *argv[]) { struct sigaction act; memset(&act, 0, sizeof(act)); act.sa_sigaction = &handler; act.sa_flags = SA_SIGINFO; sigaction(SIGTERM, &act, NULL); printf("proc PID=%d looping\n", getpid()); printf ("enter kill PID to send SIGTERM signal to it\n"); while(1) { sleep (10); } } 
-
信号处理步骤
- 处于内核模式时，会检查信号并处理未完成的信号
- 重置用户安装的信号捕捉函数
- 信号和唤醒：在Unix/Linux内核中有两种SLEEP进程
信号作用IPC
- 在许多操作系统的书籍中，信号被归类为进程间的通信机制。基本原理是一个进程可以向另一个进程发送信号，使它执行预先安装的信号处理函数。由于以下原因，这种分类即使不算不恰当也颇具争议。
- 该机制并不可靠，因为可能会丢失信号。每个信号由位向量中的一个位表示，只能记录一个信号的一次出现。如果某个进程向另一个进程发送两个或多个相同的信号，它们可能只在接收PROC中出现一次。实时信号被放入队列，并保证按接收顺序发送，但操作系统内核可能不支持实时信号。
- 竞态条件：在处理信号之前，进程通常会将信号处理函数重置为DEFault。要想捕捉同一信号的再次出现，进程必须在该信号再次到来之前重新安装捕捉函数。否则，下一个信号可能会导致该进程终止。在执行信号捕捉函数时，虽然可以通过阻塞同一信号来防止竞态条件，但是无法防止丢失信号。
段错误捕捉函数
-
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> #include <setjmp.h> #include <string.h> //#include <siginfo.h> jmp_buf env; int count = 0; void handler(int sig, siginfo_t *siginfo, void *context) { printf ("handler sig=%d from PID=%d UID=%d count=%d\n", sig, siginfo->si_pid, siginfo->si_uid, ++count); if (count >= 4) // let it occur up to 4 times longjmp(env, 1234); } int BAD() { int *ip = 0; printf("in BAD(): try to dereference NULL pointer\n"); *ip = 123; // dereference a NULL pointer printf("should not see this line\n"); } int main (int argc, char *argv[]) { int r; struct sigaction act; memset (&act, 0, sizeof(act)); act.sa_sigaction = &handler; act.sa_flags = SA_SIGINFO; sigaction(SIGSEGV, &act, NULL); if ((r = setjmp(env)) == 0) BAD(); else printf("proc %d survived SEGMENTATION FAULT: r=%d\n",getpid(), r); printf ("proc %d looping\n" ,getpid()); while(1); } 
Linux中的IPC
- IPC是指用于进程间通信的机制。在Linux中，IPC包含以下组成部分：
- 管道和FIFO
- 一个管道有一个读取端和一个写入端。管道的主要用途是连接一对管道写进程和读进程。
- 信号
- 进程可使用kill系统调用向其他进程发送信号.其他进程使用信号捕捉函数处理信号，将信号用作IPC的一个主要缺点是信号只是用作通知，不含任何信息内容。
- System V IPC
- 包括共享内存、信号址和消息队列。在Linux中，多种 System V 1PC函数，例如用于添加/移除共享内存的shmat/shmdt、用于获取/操作信号反的semget/semop和用于发送/接收消息的msgsnd/msgrcv,都是库包装函数，它们都会向 Linux内核发出一个ipc()系统调用。ipc()的实现是Linux所特有的，不可移植。
- POSIX消息队列
- 线程同步机制
- 进程是共享某些公共资源的线程。如果是使用有共享地址空间的clone()系统调用创建的进程，它们可使用互斥量和条件变量通过共享内存进行同步通信。另外，常规进程可添加到共享内存，使它们可作为线程进行同步。
- 套接字
- 管道和FIFO
苏格拉底挑战
遇到的问题
问题
- 不是很理解中断处理的流程
解决
- 查阅相关资料得知
