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信号和信号处理

1.信号和中断

中断：从I/O设备或协处理器发送到CPU的外部请求，它将CPU从正常执行转移到中断处理。
信号：发送给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理。
中断的分类：
- (1)人员中断
- (2)进程中断
- (3)硬件中断
- (4)进程的陷阱错误

2.Unix/Linux信号示例

(1)Ctrl+C：当前运行的进程终止。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SIDINT(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。
(2)nohup a.out&：(2)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 S1GHUP ( 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S1GHUP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/dev/null),使其完全不受任何面向终端信号的影响。

3.Unix/Linux中的信号处理

(1)信号类型

        #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 
        #define 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

(2)信号的来源

来自硬件中断的信号：中断键、间隔定时器、其他硬件错误；
来自异常的信号；
来自其他进程的信号。

(3)PROC

PROC有一个32位向量，用于记录发送给进程的信号。
还有一个MASK位向量，用于屏蔽相应的信号。
都有一个信号处理数组。

4.信号处理步骤

(1)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，以执行捅捉函数，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。
(2)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。感兴趣的读者可参考关于Lioux信号和 sigaction函数的手册页，以了解更多详细信息。
(3)信号和唤醒:在Unix/Linux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。

5.信号与异常

Unix信号最初设计用于以下用途：
- (1)作为进程异常的统一处理方法；
- (2)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；
- (3)特殊情况下，让某个进程通过信号杀死另一个进程。

6.Linux中的IPC

IPC是指用于进程间通信的机制。在Linux中，IPC包含以下组成部分
- (1)管道和FIFO
- (2)信号
- (3)System V IPC
- (4)POSIX消息队列
- (5)线程同步机制
- (6)套接字

信号作用IPC

在许多操作系统的书籍中，信号被归类为进程间的通信机制.基本原理是-个进程可以向另一个进程发送信号，使它执行预先安装的信号处理函数。由于以F原因，这种分类即使不算不恰当也颇具争议。该机制并不可靠，因为可能会丢失信号。每个信号由位向量中的一个位表示，只能记录一个信号的一次岀现。如果某个进程向另一个进程发送两个或多个相同的信号，它们可能只在接收PROC中出现一次。实时信号被放入队列，并保证按接收顺序发送，但操作系统内核可能不支持实时信号。
竞态条件：在处理信号之前，进程通常会将信号处理函数重置为DEFault。要想捕捉同一信号的再次出现，进程必须在该信号再次到来之前重新安装捕捉函数。否则，下一个信号可能会导致该进程终止。在执行信号捕捉函数时，虽然可以通过阻塞同一信号来防止竞态条件，但是无法防止丢失信号。大多数信号都有预定义的含义。不加区别地任意使用信号不仅不能达到通信的目的，反而会造成混乱。例如，向循环进程发送SIGSEGV (11)段错误信号，就像对水里游泳的人大喊：“你的裤子着火了！"因此，试图将信号用作进程间通信手段实际上是对信号预期用途的过度延伸.应避免出现这种情况

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《Unix/Linux系统编程》第六章学习笔记 20201209戴骏