[linux] 进程间信号

Posted 2023-02-14 一个正直的男孩

信号在生活中无处不在，上下课铃，红绿灯，闹钟等，这一切都是信号，可是我们是如何识别信号的呢？无非就是有人定义将信号与意义绑定，并灌输。在操作系统中也存在信号，那么我们一起来看看吧

文章目录

• 1 理解信号
• • 1.1 见识Linux中的信号
  • 1.2 如何产生信号
  • 1.3 信号的处理
  • • 1.3.1 屏蔽信号与获取pending
    • 1.3.2 信号捕捉（自定义处理）
  • 1.4 SIGCHILD

1 理解信号

信号不管是在生活中还是在操作系统中其实都可以简单看为三部分

1. 是什么
2. 为什么
3. 怎么处理

而在操作系统层面来看并不需要知道为什么(毕竟信号也是工程师定义的)，他只需要知道是啥信号和收到信号后要如何处理，其实生活中收到信号也是如此，过马路红灯停，绿灯行，并不会有人问为啥。

1.1 见识Linux中的信号

在linux中查看信号需要用到命令 kill -l,一共62个信号，1～31为默认信号，24～64为实时信号

浅谈: 默认信号 VS 实时信号

普通信号会丢失，实时信号不会丢失，也就是是否要存储信号，后文会提

在Linux下的全部信号都是宏，也就是一个标志位，这样做的目的节省空间，用一个bit位标识一种状态，默认信号存放在该路径下/usr/include/bits/signum.h

1.2 如何产生信号

一切事情都是有前因后果的，当然信号也是，先要如何产生才可以知道如何处理

1. 键盘产生
2. 命令行向进程发送信号
3. 调用函数向os发送请求
4. 代码出错（访问硬件出错）

键盘产生

ctrl+c 终止进程 ctrl+\\ 终止进程并保存core文件 ，ctrl+z挂起一个文件，他们其实和信信号列表一一对应，后文信号捕捉验证

命令行向进程发送信号

使用命令 kill -信号(数字or宏名) 进程pid

调用函数向os发送请求

其实就是和os说快给我发信号，C语言接口alarm（延迟xx秒让os发送14号信号给该进程），abort(让os给当前发6号信号)，raise（指定让os发送x号信号），kill(给别的进程发送信号)

alarm
代码：

int main()

  alarm(5);
  int count=0;
  while(1)
  

    cout<<count++<<" "<<getpid()<<endl;
    sleep(1);
  
  return 0;

结果：

kill

代码：

#include<iostream>
#include<csignal>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;


int main()

  kill(1213,1);

结果：

代码出错（访问硬件出错）

当子进程退出的时候可以用wait函数等待回收他的资源，且也可以知道他的退出码，core dump ，信号 。

代码：

#include<iostream>
#include<csignal>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

using namespace std;


int main()

  pid_t id=fork();
  while(id==0)
  
    //child
    int count=0;
    while(count!=5)
    
      count++;
      cout<<"I am child proc"<<endl;
      sleep(1);
    
    //除0错误
	//int a =1;
    //int b=0;
    //a/=b;

    //野指针
    int *c=0x000000;
    *c=1;
  
  int status=0;
  waitpid(id,&status,0);
  cout<<(status&0x7f)<<endl;
  return 0;

结果：

问

os是如何知道代码出错而发对应的信号呢？

答

除0对应的硬件 == cup中的状态寄存器
野指针 == 内存/页表MMU
os是软硬件的管理者，自然就知道哪里出错，在根据硬件在对进程发送信号

core dump

1.3 信号的处理

在现实中我们处理信号一般有三种方式

1. 默认（识别信号马上处理 ， 红绿灯）
2. 忽略 （识别信号不处理，打游戏妈妈叫吃饭）
3. 捕捉自定义 （识别后用自己的方法，听到闹钟声跳个舞🐶🐶）

在操作系统中也是如此处理信号也是以上三种方式，且也知道一个进程收到信号不一定马上处理，那么不处理就要保存起来（该进程的PCB中）。按照老的套路先描述在组织，这里的组织方式就是一个位图

当os发送信号给进程时，看信号是xx号并在对应的pending位图中，把xx号位置设为1 ，再看看block位图xx号位置是否设为1，如果为1屏蔽信号，不然直接执行方法。其实信号被屏蔽还有一个专业的名词(未决)，信号没有被屏蔽执行的方法（递达）

递达信号流程图

1.3.1 屏蔽信号与获取pending

在C语言中有一个类型sigset_t 可以表示一个每个信号的有效与无效，也就是一个位图，我们可以用它和信号集操作函数等来告诉os屏蔽那些信号

信号集操作函数

 #include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);//初始化 ”位图“ 为0
int sigfillset(sigset_t *set);//初始化 ”位图“ 为1
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);//给 “位图”指定位置为1
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);//给 “位图”指定位置为0
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);//判断 ”位图“指定位置是否为1

上述的接口都是语言接口，也就说明，我们还没有告诉os要屏蔽那个信号，那么就要用到系统接口，sigprocmask

sigprocmask使用介绍

使用这个接口就可以让os吧pcb中block变成自己所设置位图的样子，屏蔽信号

sigpending使用介绍

输入形参数，获取pending当前状态

代码：
实现屏蔽信号获取pending，删除屏蔽，抵达信号

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;


void showpending(sigset_t * set)

	for(int i =1; i<=31;i++)
	
		if(sigismember(set,i))
		
			cout<<'1';
		
		else
		
			cout<<'0';
		
	
	cout<<endl;

int main()

	sigset_t set,oset;
	sigemptyset(&set);
	sigemptyset(&oset);


	sigaddset(&set,2);
	sigprocmask(SIG_SETMASK,&set,&oset);

	int count=0;
	while(1)
	
		sigpending(&set);
		showpending(&set);
		sleep(1);
    count++;
		if(count==7)
		
			break;
		
	


	return 0;

结果：

1.3.2 信号捕捉（自定义处理）

上述说过信号的处理方式， 默认，忽略，捕捉，其实捕捉就是自定义信号(递达)，也就是修改pcb中的hander函数数组中的方法,系统接口signal ，sigaction

接口介绍：

接口使用

signal

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;


void hander(int signo)

  cout<<"signo: "<<signo<<endl;

int main()

  signal(2,hander);
  int count=0;
  while(1)
  
    cout<<count++<<endl;
    sleep(1);
  



  return 0;

结果：

sigaction

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;


void hander(int signo)

  cout<<"signo: "<<signo<<endl;

int main()


  //signal(2,hander);
   struct sigaction act;
   struct sigaction oact;
  act.sa_handler=hander;
  sigaction(2,&act,&oact);
  int count=0;
  while(1)
  
    cout<<count++<<endl;
    sleep(1);
  



  return 0;

结果：

问

既然可以屏蔽捕捉信号，那我全部屏蔽我这个进程不就杀不死了吗？

答

既然你可以想到，没错工程师也想到了，在linux下有SIGKILL与SIGTOP信号是无法捕捉的和屏蔽，专门防止你小心思

问

问信号时如何捕捉的呢？

答

抽象理解，捕捉函数是一个地雷，而触发的条件就是信号。

回顾进程虚拟地中空间：

之前说每个进程都有自己的一张独有的页表，其实还不太准确，其实有俩张一张是用户级页表，一张是系统级页表(每个进程共享)，在执行代码时，没有遇到系统接口前用的都是用户级页表，当执行到系统接口时转换为系统页表

图解捕捉捕捉的流程图：
捕捉的过程其实很像数学中的一个符号∞

1.4 SIGCHILD

之前说过子进程退出的时候父进程会回收子进程，一方面是防止内存泄漏，一方面是获取子进程的退出结果。但等待，父进程就在阻塞等待里(or非阻塞轮询)，着都让父进程无法一心一意的执行自己的代码？那么如何解决呢？

解决方案

当子进退出的时候会给父进程发送一个信号SIGCHILD，🙉🙉🙉，那配合signal不就…………子进程退出发送信号，捕捉，改变SIGCHILD的函数实现方法

代码：

using namespace std;

void hander(int signo)

	cout<<signo<<endl;
  pid_t id;
	while((id=wait(NULL))>0)
	
		printf("wait pid %d success",id);
	



int main()


	signal(17,hander);
	pid_t id =fork();
	if(id==0)
	
		//child
		int count=4;
		while(count>0)
		
			count--;
			cout<<count<<" "<<getpid()<<endl;
			sleep(1);
		
		exit(1);
	

	while(true)
	
		cout<<"I am father proce"<<endl;
		sleep(1);
	

	return 0;

结果：