《Unix&Linux系统编程》第六章学习笔记
第6章 信号和信号处理
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,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,将进程从正常执行转移到中断处理。
(1)人员中断
人员的每个动作函数都是通过本能或经验实现的,每个中断都分配由一个唯一的ID识别号和一个预先安装的动作函数,人在收到中断请求时“执行”动作函数。
- 来自硬件的中断
- 来自其他人的中断
- 自己造成的中断
- 不可屏蔽(NMI)
- 可屏蔽
(2)进程中断
每个进程中断都被转换为一个唯一ID号,发送给进程。Unix/Linux中的进程中断成为信号,编号为1—31.进程也可屏蔽某些类型的信号以推迟处理,必要时可能修改信号动作函数。
- 来自硬件的中断:终端、间隔定时器的“^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。
(3)硬件中断
每个中断都有唯一的中断向量号。CPU不会导致任何自己造成的中断(除非出错)。
- 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。
(4)进程的陷阱错误
进程可能会自己造成中断,是由被CPU识别为异常的错误引起的(除以0、无效地址、非法指令、越权……),它会陷入操作系统内核,将陷阱原因转换为信号编号发送给自己。
6.2 Unix/Linux信号示例
- Ctrl+C组合键:转换为SIGINT(2)信号,发送给终端,终止当前运行的进程。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。
- 用户可使用
nohup a.out
命令在后台运行程序,nohup会使sh复刻子进程来执行程序,但子进程会忽略SIGNUP(1)信号。 - 通过
ps -u LTD
发现后台进程仍在运行,可使用kill pid (or kill -s 9 pid)
杀死进程。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。
如果进程忽略该信号,可能拒绝死亡,可以使用kill -s 9 pid
必能杀死。
6.3 Unix/Linux中的信号处理
1.信号类型
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,每种信号都有一个符号名。
2.信号来源
- 来自硬件中断的信号
中断健(Ctrl+C)产生一个SIGINT(2)信号
间隔定时器:SIGALRM(14)、SIGVTALRM(26)或SIGPROF(27)
其他硬件错误:总线错误、I/O陷阱等 - 来自异常的信号
SIGFPE(8):浮点异常(除以0)
SIGSEGV(11):段错误 - 来自其他进程的信号
可使用kill(pid,sig)系统调用向pid标识的目标进程发送信号。
3.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。
6.4 信号处理步骤
- 处于内核模式会检查思念好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
6.5 信号与异常
- 进程遇到异常,会陷入内核模式。若在内核模式下发生异常,则打印一条PANIC错误信息并停止;若在用户模式下发生异常,则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处理用户模式下的程序错误。
- 特殊情况下,会让某个进程通过信号杀死另一个进程。
6.6 Linux中的IPC
- 管道和FIFO
- 信号
- System V IPC
- POSIX消息队列
- 线程同步机制
- 套接字
实践内容
1、段错误捕捉函数
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<setjmp.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)
longjmp(env,1234);
}
int BAD()
{
int *ip=0;
printf("in BAD():try to dereference NULL pointer\n");
*ip=123;
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");
while(1);
}
2、实现一个消息IPC
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<string.h>
#define LEN 64
int ppipe[2];
int pid;
char line[LEN];
int parent()
{
printf("parent %d running\n",getpid());
close(ppipe[0]);
while(1){
printf("parent %d: input a line : \n",getpid());
fgets(line,LEN,stdin);
line[strlen(line)-1]=0;
printf("parent %d write to pipe\n",getpid());
write(ppipe[1],line,LEN);
printf("parent %d send signal 10 to %d\n",getpid(),pid);
kill(pid,SIGUSR1);
}
}
void chandler(int sig)
{
printf("\nchild %d got an interrupt sig=%d\n",getpid(),sig);
read(ppipe[0],line,LEN);
printf("child %d get a message = %s\n",getpid(),line);
}
int child()
{
char msg[LEN];
int parent = getppid();
printf("child %d running\n",getpid());
close(ppipe[1]);
signal(SIGUSR1,chandler);
while(1);
}
int main()
{
pipe(ppipe);
pid=fork();
if(pid) parent();
else child();
}