20201317 LYX 第九周学习总结

信号和信号处理

知识点总结

介绍信号和中断的统一处理，有助于从正确的角度看待信号;
将信号视为进程中断，将进程从正常执行转移到信号处理;
解释信号的来源;
解释Unix/Linux 中的信号处理，包括信号类型、信号向量位、信号掩码位、进程PROC结构体中的信号处理程序以及信号处理步骤;
讨论将信号用作进程间通信（IPC）机制的适用性。

信号和中断

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、I/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0、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始终执行一个进程。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。前一种情况包括INTn或等效指令，使CPU从用户模式切换到内核模式。后一种情况包括CPU 识别为异常的所有陷阱错误。
- 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级止。进程可以用信号捕提器代替默认动作函数，允许它在用户模式下处理信号。如果在内核模式下发生陷阱，原因一定是硬件错误，或者很可能是内核代码中的漏洞，在这种情况下，内核无法处理。在 Unix/Uinux中，内核只打印一条PANIC错误消息，然后就停止了。

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。原因如下。“CtrI+C”组合键会生成一个键盘硬件中断。键盘中断处理程序将“Ctrl+C”组合键转换为SIGINT(2)信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输入的进程。在内核模式下，每个进程都要检查和处理未完成的信号。进程对大多数信号的默认操作是调用内核的kexit(exitValue)函数来终止。在Linux中，exitValue的低位字节是导致进程终止的信号编号。
用户可使用nohup a.out &命令在后台运行一个程序。即使在用户退出后，进程仍将继续运行。nohup命令会使sh像往常一样复刻子进程来执行程序，但是子进程会忽略SIGHUP(1)信号。当用户退出时，sh会向与终端有关的所有进程发送一个SIGHUP信号。后台进程在接收到这一信号后，会忽略它并继续运行。为防止后台进程使用终端进行I/O,后台进程通常会断开与终端的连接(通过将其文件描述符0、1、2重定向到/devnull)，使其完全不受任何面向终端信号的影响。
用户再次登录时可能会发现(通过ps -u LTD)后台进程仍在运行。用户可以使用sh命令kill pid(or kil1 -s 9 pid)
杀死该进程。
具体过程如下：执行杀死的进程向pid标识的目标进程发送一个SIGTERM ( 15)信号，请求它死亡。目标进程将会遵从请求并终止。如果进程选择忽略SIGTERM信号，它可能拒绝死亡。在这种情况下，我们可以使用kill -s 9 pid，肯定能杀死它。因为进程不能修改对9号信号的动作。
之所以是9个信号是因为在最初的Unix中，只有9个信号。9号信号被保留为终止进程的终极手段。虽然后来的Unix/Linux系统将信号编号扩展到了31，但是信号编号9的含义仍然保留了下来。

Unix/Linux支持31种不同的信号，每种信号在signal.h文件中都有定义。

#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

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。因此，该进程会先迁回执行捕捉函数，然后再恢复正常执行。
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。若要捕捉再次出现的同一信号，则必须重新安装捕捉函数。但是，用户安装的信号捕捉函数的处理方法并不都一样，在不同Unix版本中会有所不同。例如，在 BSD Unix中，信号处理函数不会被重置，但是该信号在执行信号捕捉函数时会被阻塞。
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。

实践内容

signal函数

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
 void sig_catch(int signo){
          printf("catch you : %d\n",signo);
          return ;
 }

 int main(){
     signal(SIGINT,sig_catch);
     while(1);
     return 0;
}

void show_handler(int sig)
{
    printf("I got signal %d\n", sig);
    int i;
    for(i = 0; i < 5; i++) 
   {
        printf("i = %d\n", i);
        sleep(1);
    }
}
 
int main(void)
{
    int i = 0;
    struct sigaction act, oldact;
    act.sa_handler = show_handler;
    sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);         //见注(1)
    act.sa_flags = SA_RESETHAND | SA_NODEFER; //见注(2)
    //act.sa_flags = 0;                      //见注(3)
 
    sigaction(SIGINT, &act, &oldact);
    while(1) 
   {
        sleep(1);
        printf("sleeping %d\n", i);
        i++;
    }
}

如果在信号SIGINT(Ctrl + c)的信号处理函数show_handler执行过程中，本进程收到信号SIGQUIT(Crt+)，将阻塞该信号，直到show_handler执行结束才会处理信号SIGQUIT。
SA_NODEFER 一般情况下，当信号处理函数运行时，内核将阻塞<该给定信号 -- SIGINT>。但是如果设置了SA_NODEFER标记，那么在该信号处理函数运行时，内核将不会阻塞该信号。 SA_NODEFER是这个标记的正式的POSIX名字(还有一个名字SA_NOMASK，为了软件的可移植性，一般不用这个名字)
SA_RESETHAND 当调用信号处理函数时，将信号的处理函数重置为缺省值。 SA_RESETHAND是这个标记的正式的POSIX名字(还有一个名字SA_ONESHOT，为了软件的可移植性，一般不用这个名字)
如果不需要重置该给定信号的处理函数为缺省值；并且不需要阻塞该给定信号(无须设置sa_flags标志)，那么必须将sa_flags清零，否则运行将会产生段错误。但是sa_flags清零后可能会造成信号丢失！

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
 
static void sig_usr(int signum)
{
    if(signum == SIGUSR1)
    {
        printf("SIGUSR1 received\n");
    }
    else if(signum == SIGUSR2)
    {
        printf("SIGUSR2 received\n");
    }
    else
    {
        printf("signal %d received\n", signum);
    }
}
 
int main(void)
{
    char buf[512];
    int  n;
    struct sigaction sa_usr;
    sa_usr.sa_flags = 0;
    sa_usr.sa_handler = sig_usr;   //信号处理函数
    
    sigaction(SIGUSR1, &sa_usr, NULL);
    sigaction(SIGUSR2, &sa_usr, NULL);
    
    printf("My PID is %d\n", getpid());
    
    while(1)
    {
        if((n = read(STDIN_FILENO, buf, 511)) == -1)
        {
            if(errno == EINTR)
            {
                printf("read is interrupted by signal\n");
            }
        }
        else
        {
            buf[n] = '\0';
            printf("%d bytes read: %s\n", n, buf);
        }
    }
    
    return 0;
}

posted @ 2022-10-29 22:06 B1smarck 阅读(18) 评论(0) 编辑收藏举报

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