《Unix/Linux系统编程》第九周学习笔记

《Unix/Linux系统编程》第九周学习笔记

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，它将CPU从正常执行转移 到中断处理。与发送给CPU的中断请求一样，“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。
• 进程：一个“进程”就是一系列活动。广义的 “进程”包括：从事日常事务的人。在用户模式或内核模式下运行的Unix/Linux进程。执行机器指令的CPU。
• 中断是发送给“进程”的事件，它将“进程”从正常活动转移到其他活动，称为“中断处理”。“进程”可在完成“中断”处理后恢复正常活动。

根据来源，中断可分为三类：

• 来自硬件的中断；
• 来自其他人的中断；
• 自己造成的中断。

按照紧急程度，中断可分为以下几类:

• 不可屏蔽(NMI)；
• 可屏蔽。

进程中断

• 这类中断是发送给进程的中断。当某进程正在执行时，可能会收到来自3个不同来源的中断:
• 来自硬件的中断:终端、间隔定时器的“Ctrl+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。
• 每个进程中断都被转换为一个唯一ID号，发送给进程。与多种类的人员中断不同，我们始终可限制在一个进程中的中断的数量。
• Unix/Linux中的进程中断称为信号，编号为1到31。
• 进程的PROC结构体中有对应每个信号的动作函数，进程可在收到信号后执行该动作函数。
• 与人员类似，进程也可屏蔽某些类型的信号，以推迟处理。必要时，进程还可能会修改信号动作函数。

硬件中断：

• 这类中断是发送给处理器或CPU的信号。它们也有三个可能的来源：
• 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。
• 毎个中断都有唯一的中断向量号。动作函数是中断向量表中的中断处理程序。

进程的陷阱错误

• 进程可能会自己造成中断。这些中断是由被CPU识别为异常的错误引起的，例如除以0、无效地址、非法指令、越权等。
• 当进程遇到异常时，它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在用户模式下发生异常，则进程的默认操作是终止，并使用一个可选的内存转储进行调试。

信号处理

#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
#dpfine  	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

Unix/Linux信号示例

按“Ctrl+C”组合键通常会导致当前运行的进程终止。原因如下：

• “Ctr1+C”组合键会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SIGINT(2)信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输人的进程。在内核模式下，每个进程都要检查和处理未完成的信号。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。在Linux中，exitValue的低位字节是导致进程终止的信号编号。

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。

• nobup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SIGHuP(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SIGHUP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。

用户可以使用sh命令killpid(orkill-s9pia)杀死该进程。方法如下。

• 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。目标进程将会遵从请求并终止。如果进程选择忽略SIGTERM信号，它可能拒绝死亡。

实践

sigaction

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void sig_catch(int signo){
    if(signo == SIGINT){
        printf("catch you SIGINT: %d\n",signo);
    }else if(signo == SIGQUIT){
        printf("catch you SIGQUIT: %d\n",signo);
    }
    return ;
}

int main(){
    struct sigaction act,oldact;
    act.sa_handler = sig_catch;
    sigemptyset(&(act.sa_mask));
    act.sa_flags = 0;
    int ret = sigaction(SIGINT,&act,&oldact);
    ret = sigaction(SIGQUIT,&act,&oldact);
    signal(SIGINT,sig_catch);
    while(1);
    return 0;
}

segfault.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
#include <string.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) // let it occur up to 4 times
        longjmp(env, 1234);
}
int BAD()
{
    int *ip = 0;
    printf("in BAD(): try to dereference NULL pointer\n");
    *ip = 123; // dereference a NULL pointer
    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", getpid());
    while (1);
}

ipc

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

#define LEN 64
int ppipe[2]; // pipe descriptors
int pid; // child pid
char line[LEN];

int parent()
{
    printf("parent %d running\n", getpid());
    close(ppipe[0]); // parent = pipe writer
    while(1){
        printf("parent %d: input a line : \n", getpid());
        fgets(line, LEN, stdin);
        line[strlen(line)-1] = 0; // kill \n at end
        printf("parent %d write to pipe\n", getpid());
        write(ppipe[1], line, LEN); // write to pipe
        printf("parent %d send signal 10 to %d\n", getpid(), pid);
        kill(pid, SIGUSR1); // send signal to child process
    } 
}
void chandler(int sig)
{
    printf("\nchild %d got an interrupt sig=%d\n", getpid(), sig);
    read(ppipe[0], line, LEN); // read pipe
    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]); // child is pipe reader
    signal(SIGUSR1, chandler); // install signal catcher
    while(1);
}
int main()
{
    pipe(ppipe); // create a pipe
    pid = fork(); // fork a child process
    if (pid) // parent
      parent();
    else
      child();
}