第6章 信号和信号处理

6.1 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，将CPU从正常执行转移到中断处理。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。
（1）人员中断
人员的每个动作函数都是通过本能或经验实现的，每个中断都分配由一个唯一的ID识别号和一个预先安装的动作函数，人在收到中断请求时“执行”动作函数。

• 来自硬件的中断
• 来自其他人的中断
• 自己造成的中断
• 不可屏蔽（NMI）
• 可屏蔽

（2）进程中断
每个进程中断都被转换为一个唯一ID号，发送给进程。Unix/Linux中的进程中断成为信号，编号为1—31.进程也可屏蔽某些类型的信号以推迟处理，必要时可能修改信号动作函数。

• 来自硬件的中断：终端、间隔定时器的“^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。

（3）硬件中断
每个中断都有唯一的中断向量号。CPU不会导致任何自己造成的中断（除非出错）。

• 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。

（4）进程的陷阱错误
进程可能会自己造成中断，是由被CPU识别为异常的错误引起的（除以0、无效地址、非法指令、越权……），它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转换为信号编号发送给自己。

6.2 Unix/Linux信号示例

• Ctrl+C组合键：转换为SIGINT（2）信号，发送给终端，终止当前运行的进程。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。
• 用户可使用nohup a.out命令在后台运行程序，nohup会使sh复刻子进程来执行程序，但子进程会忽略SIGNUP（1）信号。
• 通过ps -u LTD发现后台进程仍在运行，可使用kill pid (or kill -s 9 pid)杀死进程。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。
  如果进程忽略该信号，可能拒绝死亡，可以使用kill -s 9 pid必能杀死。

6.3 Unix/Linux中的信号处理

1.信号类型

Unix/Linux支持31种不同的信号，每种信号在signal.h文件中都有定义，每种信号都有一个符号名。

2.信号来源

• 来自硬件中断的信号
  中断健（Ctrl+C）产生一个SIGINT（2）信号
  间隔定时器：SIGALRM（14）、SIGVTALRM（26）或SIGPROF（27）
  其他硬件错误：总线错误、I/O陷阱等
• 来自异常的信号
  SIGFPE（8）：浮点异常（除以0）
  SIGSEGV（11）：段错误
• 来自其他进程的信号
  可使用kill(pid,sig)系统调用向pid标识的目标进程发送信号。

3.安装信号捕捉函数

进程可使用系统调用：

int r = signal(int signal_number, void *handler);

来修改选定信号编号的处理函数。

6.4 信号处理步骤

• 处于内核模式会检查思念好并处理未完成的信号。
• 重置用户安装的信号捕捉函数
• 信号和唤醒

6.5 信号与异常

• 进程遇到异常，会陷入内核模式。若在内核模式下发生异常，则打印一条PANIC错误信息并停止；若在用户模式下发生异常，则终止并以内存转储进行调试。
• 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。
• 特殊情况下，会让某个进程通过信号杀死另一个进程。

6.6 Linux中的IPC

• 管道和FIFO
• 信号
• System V IPC
• POSIX消息队列
• 线程同步机制
• 套接字

实践内容

1、段错误捕捉函数

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

2、实现一个消息IPC

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<string.h>
#define LEN 64
int ppipe[2];
int pid;
char line[LEN];
int parent()
{
	printf("parent %d running\n",getpid());
	close(ppipe[0]);
	while(1){
		printf("parent %d: input a line : \n",getpid());
		fgets(line,LEN,stdin);
		line[strlen(line)-1]=0;
		printf("parent %d write to pipe\n",getpid());
		write(ppipe[1],line,LEN);
		printf("parent %d send signal 10 to %d\n",getpid(),pid);
		kill(pid,SIGUSR1);
	}
}
void chandler(int sig)
{
	printf("\nchild %d got an interrupt sig=%d\n",getpid(),sig);
	read(ppipe[0],line,LEN);
	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]);
	signal(SIGUSR1,chandler);
	while(1);
}
int main()
{
	pipe(ppipe);
	pid=fork();
    if(pid) parent();
	else child();
}