Unix环境_信号处理机制

Posted 2020-12-26 南笺

一、基本的概念
　　1、中断
　　中止、暂停当前正在执行的进程，转而去执行其它的任务。
　　硬中断：来自硬件设备的中断(手机的按键)
　　软中断：来自其它程序的中断(信号,Qt中的信号和槽)

　　2、信号
　　信号是一种软中断，可以把他看作是进程与进程、内核与进程通信的一种方式，它为进程的异步执行，提供了技术支持。

　　3、常见的信号
　　SIGINT(2) 　　    终端中断信号Ctrl＋c
　　SIGQUIT(3) 　　 终端退出信号Ctrl＋\\ 
　　SIGABRT(6) 　   调用abort函数产生的异常中止信号
　　SIGFPE(8) 　　  算术异常信号(例如除以0、浮点溢出等)
　　SIGKILL(9) 　　  死亡信号，不能被捕获或忽略。常用于杀死进程
　　SIGSEGV(11)　  段错误信号，试图访问未分配的内存，或向没有写权限的内存写入数据
　　SIGALRM(14) 　 闹钟信号，以alarm函数设置的计时器到期，或以setitimer函数设置的间隔时间到期，均产生此信号
　　SIGCHLD(17) 　 子进程结束信号，在一个进程终止或停止时，将此信号发送给其父进程
　　SIGCONT(18) 　 进程继续信号，向处于停止状态的进程发送此信号，令其继续运行
　　SIGSTOP(19) 　 进程暂停信号，不能被捕获或忽略。停止一个进程
　　SIGTSTP(20) 　  终端停止信号，用户按停止键(Ctrl+Z)，产生此信号，并送至前台进程组的所有进程

　　4、不可靠信号（非实时）
　　　编号小于SIGRTMIN(34)的信号都是不可靠的，这些信号是建立在早期的信号机制上的，一个事件发生可能会产生多次信号。
　　　不可靠信号不支持排队，在接收信号的时候可能会丢失，如果信号发给一个进程多次，它可能只接收到一次，其它的可能就丢失了。
　　　进程在处理这种信号的时候，哪怕设置的信号处理函数，当信号处理函数执行完毕后，会再次恢复成默认的信号处理方式。

　　5、可靠信号（实时）
　　  位于[SIGRTMIN(34),SIGRTMAX(64)]区间的都是可靠信号。
　　  可靠信号支持排队，不会丢失。
　　  无论是可靠信号还是不可靠信号都是通过：kill、signal、sigqueue、sigaction函数进行处理。

　　6、信号的来源
　　硬件来源：
　　键盘：Ctrl＋c、Ctrl＋\\、Ctrl＋z
　　驱动：硬件设备被激活、使用、失效。
　　内存：非法访问内存。
　　软件来源：
　　命令：kill、killall
　　函数：kill/raise/alarm/setitimer/sigqueue。

　　7、信号的处理方式
　　　　忽略
　　　　终止
　　　　终止＋core
　　　　捕获并处理

二、信号的捕获和处理
　　#include <signal.h>

　　typedef void (*sighandler_t)(int);

　　sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
　　功能：注册一个信号处理函数
　　signum：信号的编号，可以直接写数字，也可以使用系统提供的宏。
　　handler：函数指针，可设置为SIG_IGN (忽略信号)、SIG_DFL (恢复信号默认的处理方式)

　　例如设置  signal(SIGINT,SIG_IGN)，终端中断信号就被忽略了，Ctrl+c将失去其作用

　　又如下所示，按下Crtl+c,则会调用函数sigint函数，打印“您按了Ctrl+c”

        

三、信号的发送
　　1、键盘
　　  Ctrl+c 终端中断信号
　　  Ctrl+z 终端暂停信号，fg命令再次开启
　　  Ctrl+/ 终端退出信号
　　2、错误产生的信号
　　  除0
　　  非法内存访问
　　  硬件总线
　　3、命令产生的信号
  　　kill -信号 进程号
  　　killall -信号 程序名（杀死所有同名的进程）。
　　4、函数产生的信号
 　　int kill(pid_t pid, int sig);
　　 功能：向指定的进程发送信号

　　 返回值：成功返回0，出错返回-1

　　 pid：目标进程的进程ID(可通过函数getpid获取)

　　 sig：信号的编号，可以直接写数字，也可以使用系统提供的宏。

　　例如：kill(5684,SIGINT)表示向进程ID为5684的进程发送了一个终端中断信号(Ctrl+c)。
　　sig的值可以为0，其不会向进程发送信号，但是会测试是否能向pid发送信号，这样可以检测一个进程是否存在，返回0表示进程存在，返回-1表示进程不存在，errno为ESRCH。
　　int raise(int sig);

　　功能：向自己发送信号

 

四、功能函数

　　1、pause函数
　　#include <unistd.h>
　　int pause(void);
　　功能：休眠

　　进程调用了pause函数后会进程睡眠状态，直到有信号把它叫醒（不被忽略的信号）。
　　当信号来临后，先执行信号处理函数，信号处理函数结束后pause再返回。
　　pause函数要么不返回（一直睡眠），要么返回-1，并且修改errno的值。
　    从功能上来讲它相当于没有时间限制的sleep函数。

　　2、sleep函数
　　#include <unistd.h>
　　unsigned int sleep(unsigned int seconds);
　　功能：使用调用的进程睡眠seconds秒

　　调用sleep的进程如果没有睡眠足够的秒数，除非收到信号后才会返回。
　　sleep的返回值是0，或剩余的睡眠秒数。
　　相当于有时间限制的pause
　　

　　3、usleep函数

　　int usleep(useconds_t usec);v
　　功能：睡眠usec微秒,它是一种更精确的睡眠函数。

　　4、alarm函数
　　#include <unistd.h>
　　unsigned int alarm(unsigned int seconds);
　　功能：定时一个闹钟信号，让内核向调用它的进程，在seconds秒后发送一个SIGALRM信号，SIGALRM信号的默认处理方式是直接退出。

五、信号集和信号屏蔽
　　1、信号集：
　　多个信号的集合，sigset_t
　　由128个二进制位组成，每个二进制位表示一个信号

　　int sigemptyset(sigset_t *set); 　　功能：清空信号集
　
　　int sigfillset(sigset_t *set);     　　   功能：填满信号信

　　int sigaddset(sigset_t *set, int signum);  功能：向信号集中添加信号

　　int sigdelset(sigset_t *set, int signum);   功能：从信号集中删除信号

　　int sigismember(const sigset_t *set, intsignum);  功能：测试一个信号集中是否有某个信号
　　返回值：有返回1，没有返回0，失败返回-1

#include <stdio.h>
#include <signal.h>

int main()
{
    // 定义一个信号集
    sigset_t set;
    sigemptyset(&set);
    //sigfillset(&set);
    printf("向信号集中添加信号%d %s\\n",SIGINT,sigaddset(&set,SIGINT)?"失败":"成功");
    printf("向信号集中添加信号%d %s\\n",SIGSEGV,sigaddset(&set,SIGSEGV)?"失败":"成功");

    for(int signum = 1; signum<65; signum++)
    {
        printf("信号%d,%s信号集中\\n",signum,
            sigismember(&set,signum)?"存在":"不存在");
    }
}

 

　　2、屏蔽信号集中的信号 
　　每个进程都有一个信号掩码(signal mask)，它就是一个信号集，里面包含了进程所屏蔽的信号。
　　int sigprocmask(int how, const sigset_t*set, sigset_t *oldset);
　　功能：设置进程的信号掩码（信号屏蔽码）
　　how：修改信号掩码的方式
　　SIG_BLOCK：向信号掩码中添加信号
　　SIG_UNBLOCK：从信号掩码中删除信号
　　SIG_SETMASK：用新的信号集替换旧的信号掩码
　　newset：新添加、删除、替换的信号集，也可以为空
　　oldset：获取旧的信号掩码
　　当newset为空时，就是在备份信号掩码

　　当进程执行一些敏感操作时不希望被打扰(原子操作)，此需要向屏蔽信号。屏蔽信号的目的不是为了不接收信号，而是延时接收，当处理完要做的事情后，应该把屏蔽的信号还原。当信号屏蔽时发生的信号会记录一次，这个信号设置为末决状态，当信号屏蔽结束后，会再发送一次.不可靠信号在信号屏蔽期间无论信号发生多少次，信号解除屏蔽后，只发送一次。可靠信号在信号屏蔽期间发生的信号会排队记录，在信号解除屏蔽后逐个处理。在执行处理函数时，会默认把当前处理的信号屏蔽掉，执行完成后再恢复
　
　　int sigpending(sigset_t *set);
　　功能：获取末决状态的信号

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

// 更新数据
void updata(void)
{
    for(int i=0; i<10; i++)
    {
        printf("更新第%d条数据...\\n",i);
        sleep(1);
    }
}

void sigint(int signum)
{
    printf("收到信号%d,正在处理...\\n",signum);
}

int main()
{
    signal(34,sigint);
    printf("我是进程%d\\n",getpid());
    // 定义信号集
    sigset_t set,oldset;
    // 初始化信号集
    sigemptyset(&set);
    // 向信号集中添加信号
    printf("向信号集中添加%d %s\\n",34,sigaddset(&set,34)?"失败":"成功");
    // 设置信号掩码
    printf("设置信号掩码%s\\n",sigprocmask(SIG_SETMASK,&set,&oldset)?"失败":"成功");

    updata();
    sigpending(&set);
    for(int signum=1; signum<65; signum++)
    {
        if(sigismember(&oldset,signum))
        {
            printf("默认屏蔽的的信号%d\\n",signum);
        }
    }
    printf("还原信号掩码%s\\n",sigprocmask(SIG_SETMASK,&oldset,NULL)?"失败":"成功");
    pause();
}

六、信号处理sigaction
　　int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
　　功能：设置或获取信号处理方式
　　int signum：要处理的信号编号

　　struct sigaction {
　　// 信号处理函数指针
　　void (*sa_handler)(int);
　　// 信号处理函数指针 需要使用sigqueue发送信号
　　void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
　　// 信号屏蔽码
　　sigset_t sa_mask;

　　int sa_flags;
　　SA_NOCLDSTOP：忽略SIGCHLD信号
　　SA_NODEFER／SA_NOMASK：在处理信号时不屏蔽信号
　　SA_RESETHAND：处理完信号后，恢复系统默认处理方式
　　SA_RESTART：当信号处理函数中断的系统调用，则重启系统调用。
　　SA_SIGINFO：用sa_sigaction处理信号
　　// 保留
　　void (*sa_restorer)(void);
};


　　int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);

　　功能：向指定的进程发送信号，并附加一些数据

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int pid = 0;
    scanf("%d",&pid);
    union sigval value = {};
    value.sival_int = 1314;
    sigqueue(pid,SIGINT,value);
}

 

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void sigint(int signum,siginfo_t* info,void* ptr)
{
    printf("收到信号%d,附加数据有：%d %d\\n",getpid(),info->si_pid,info->si_int);
}

int main()
{
    printf("%d\\n",getpid());
    struct sigaction act = {};
    act.sa_sigaction = sigint;
    act.sa_flags = SA_SIGINFO;

    sigaction(SIGINT,&act,NULL);
    pause();
}