Linux进程信号（二）

前文简单介绍了Linux中的信号产生和信号捕捉的初步认识，这一篇文章我们将进一步了解Linux信号中的阻塞信号，并深入理解信号捕捉的具体过程。

阻塞信号

概念解释

在介绍阻塞信号之前，我们需要了解一些信号相关的概念：

• 实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery)
• 信号从产生带递达之间的状态，称为信号未决(Pending)
• 进程可以选择阻塞(Block)某个信号
• 被阻塞的信号产生时将保持未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才执行递达动作
• 递达和忽略(Ignore)是不同的概念，只要信号被阻塞就不会被递达，而忽略是递达之后可选的一种处理动作

信号在Linux内核中的表示

从上图中可以看到，信号的表示是在对应的进程task_struct结构下的，每个信号都由两个位图信息和一个处理函数组成，第一个位图信息用于标识信号是否被阻塞，第二个位图信息用于标识信号是否处于未决状态，而处理函数则由一个函数指针数组组成，下标就是对应的信号的处理函数；

sigset_t（信号集）

由上图可以发现，阻塞信号和递达信号的标识结构都是类似的，所以可以使用同一种数据结构（sigset_t）表示它们：<br>

sigset_t

是一个数据类型，用于表示一个信号集合。它通常用位图（bitmask）来表示多个信号，每个位代表一个信号的状态（存在或不存在），常用在信号的阻塞、等待等场景中，来表示哪些信号已经阻塞，哪些信号正在等待处理。

typedef struct {
    unsigned long sig[__SIGSET_WORDS];
} sigset_t;

• 用途：
  • 管理信号阻塞集（signal mask），表示哪些信号被阻塞。
  • 挂起信号集（pending signals），表示哪些信号已经发送给进程但尚未处理。 这里，阻塞信号集也被称为当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask);

信号集操作函数

虽然上述的演示说明信号集是通过对应位置上的bit位的有无标识信号的有效或无效状态的，但是其内部的具体实现则更为复杂，因此不可通过简单的位操作进行更改； 为此，信号库提供了一系列的操作函数用于对信号集进行处理：

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t* set); // 初始化set指向的信号集，使所有bit清零，表示该信号集不包含任何有效信号；
int sigfillset(sigset_t* set);  // 初始化set指向的信号集，使所有bit置位，表示该信号集包含所有支持的信号；
int sigaddset(sigset_t* set, int signo); // 在set指向的信号集中向指定位置写入信号；
int sigdelset(sigset_t* set, int signo); // 在set指向的信号集中删除指定位置的信号；
int sigismember(const sigset_t* set, int signo);

注意，在使用sigset_t类型的变量之前，一定要调用sigemptyset或sigfillset做初始化，是信号集处于确定的状态；

四个函数函数的返回值都是成功返回 0，失败返回 -1；sigismember是一个布尔函数，用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号，包含返回 1，不包含返回 0，出错返回 -1；

sigprocmask

该函数用于读取或更改进程的信号屏蔽字（阻塞信号集）

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t* set, sigset_t* oldset);

解释一下这里的参数含义：

1. 如果oldset是非空指针，则读取进程的当前信号屏蔽字通过oldset参数传出；
2. 如果set是非空指针，则更改进程的信号屏蔽字，参数how指示如何更改；
3. 如果上述二者均为非空指针，则先将原来的信号屏蔽字备份到oldset中，然后根据set和how参数更改信号屏蔽字；

下面以mask作为当前信号屏蔽字为例，说明how参数的可选值：

注意，如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞，则在sigprocmaks返回前，至少将其中一个信号递达；

sigpending

#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t* set);

读取当前进程的未决信号集，通过set参数传出；成功返回 0，失败返回 -1， 下面进行实验演示：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <vector>

// 定义最大处理信号个数
#define NUM_SIG 32
// int sigemptyset(sigset_t *set);
// int sigfillset(sigset_t *set);
// int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
// int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
// int sigismember(const sigset_t *set, int signum);

// int sigprocmask(int how, const sigset_t* set, sigset_t* oset);
// int sigpending(sigset_t* set);


std::vector<int> sig_vec = {2, 3};

void print_sig(const sigset_t& set){
  for(int i = NUM_SIG; i >= 1; --i){
    // 检查信号是否存在于当前信号集
    if(sigismember(&set, i)) std::cout << '1';
    else std::cout << '0';
  }
  std::cout << std::endl;
}

void handle(int signo){
  std::cout << "信号编号：" << signo << " has been called." << std::endl;
}

void set_signal(sigset_t set, sigset_t out_set){
  // 设置
  for(const auto& it : sig_vec) sigaddset(&set, it);
  for(const auto& it : sig_vec) signal(it, handle);
  sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &out_set); // 设置阻塞信号
}

int main(){
  sigset_t set, out_set;

  // 清空信号
  sigemptyset(&set);
  sigemptyset(&out_set);
  
  // 设置阻塞信号
  // 设置自定义处理函数
  set_signal(set, out_set);

  // for(const auto& it : sig_vec) sigaddset(&set, it);
  // for(const auto& it : sig_vec) signal(it, handle);
  // sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &out_set); // 设置阻塞信号

  int cnt = 10;
  int ans = 0;
  while(1){
    sigpending(&set);
    print_sig(set);
    if(!(cnt--)){
      sigprocmask(SIG_SETMASK, &out_set, &set); // 清除阻塞信号
      // 再次设置阻塞信号，用于下一次循环的正常进行
      set_signal(set, out_set);
      cnt = 10;
      ans++;
      if(ans == 3) kill(getpid(), 9);
      std::cout << std::endl << "ans = " << ans << std::endl;
    }
    else std::cout << std::endl << "cnt = " << cnt << std::endl;
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

上述代码演示了通过signal提供的库函数对信号集内数据进行操作，实现了信号的阻塞、传递、递达等操作，至此我们便完成了Linux内核中有关信号的大部分操作，下一篇文章我将重点介绍Linux中的信号捕捉问题以及一种特殊的信号； 上面的代码可以在我的GitHub主页看到，位于signal文件夹中；