一、知识点归纳

（一）知识点内容

教材学习内容总结

本章讲述了信号和信号处理；介绍了信号和中断的统一处理，有助于从正确的角度看待信号；将信号视为进程中断，将进程从正常执行转移到信号处理；解释了信号的来源，包括来自硬件、异常和其他进程的信号；然后举例说明了信号在Unix/Linux中的常见用法；详细解释了Unix/Linux中的信号处理，包括信号类型、信号向量位、信号掩码位、进程PROC结构体中的信号处理程序以及信号处理步骤；用示例展示了如何安装信号捕捉器来处理程序异常，如用户模式下的段错误；还讨论了将信号用作进程间通信（IPC）机制的适用性。读者可借助该编程项目，使用信号和管道来实现用于进程交换信息的进程间通信机制。

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。

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。"Ctrl+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，并唤醒等待键盘输入的进程。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。

Unix/Linux 中的信号处理

#define SIGHUP 
#define SIGINT 
#define SIGQUIT 
#define SIGILL 
#define SIGTRAP
#define SIGABRT 
#define SIGBUS 
#define SIGFPE 
#define SIGKILL 
#define SIGUSR1
#define SIGSEGV 
#define SIGUSR2
#define SIGPIPE 
#define SIGALRM  
#define SIGTERM
#define SIGSTKFLT 
#define SIGCHLD
#define SIGCONT
#define SIGSTOP
#define SIGTSTP
#define SIGTTIN
#define SIGTTOU
#define SIGURG
#define SIGXCPU 
#define SIGXFSZ
#define SIGVTALRM
#define SIGPROF 
#define SIGWINCH 
#define SIGIO 
#define SIGPWR
#define SIGSYS

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。

信号的来源

1. 来自硬件中断的信号：在进程执行过程中，一些硬件中断被转换为信号发送给进程。
2. 来自异常的信号：当用户模式下的进程遇到异常时，会陷入内核模式，生成一个信号，并发送给自己。常见的陷阱信号有 SIGFPE (8)，表示浮点异常（除以 0），最常见也是最可怕的是 SIGSEGV (11)，表示段错误等等。
3. 来自其他进程的信号：进程可使用 kill(pid, sig) 系统调用向 pid 标识的目标进程发送信号。

进程 PROC 结构体中的信号

每个进程 PROC 都有一个 32 位向量，用来记录发送给进程的信号。在位向量中，每一位（0 位除外）代表一个信号编号。此外它还有一个信号 MASK 位向盘，用来屏蔽相应的信号。

信号处理函数

每个进程 PROC 都有一个信号处理数组 intsig[32]。sig[32] 数组的每个条目都指定了如何处理相应的信号，其中 0 表示 DEFault（默认），1 表示 IGNore（忽略），其他非零值表示用户模式下预先安装的信号捕捉（处理）函数。

安装信号捕捉函数

• 在执行已安装的信号捕捉函数之前，通常将信号处理函数重置为 DEFault。为捕捉下次出现的相同信号，必须重新安装捕捉函数。这可能会导致下一个信号和信号处理函数重新安装之间出现竞态条件。相反，sigaction() 在执行当前捕捉函数时会自动阻塞下一个信号，因此不会出现竞态条件。
• signal() 不能阻塞其他信号。必要时，用户必须使用 sigprocmask() 显式地阻塞或解锁其他信号。相反，sigaction() 可以指定要阻塞的其他信号。
• signal() 只能向捕捉函数发送一个信号编号。sigaction() 可以传输关于信号的其他信息。
• signal() 可能不适用于多线程程序中的线程。sigaction() 适用于线程。
• 不同 Unix 版本的 signal() 可能会有所不同。sigaction() 采用的是 POISX 标准，可移植性更好。

信号处理步骤

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，以执行捕捉函数，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，该进程会先迂回执行捕捉函数，然后再恢复正常执行。

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。

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。

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：当进程遇到异常时，它会陷入内核模式，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在内核模式下发生异常，内核只打印一条 PANIC 错误消息，然后就停止了。如果在用户模式下发生异常，则进程通常会终止，并以内存转储进行调试。
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。这类似于 MVS [IBMMVS] 中的 ESPIE 宏。
3. 在特殊情况下，它会让某个进程通过信号杀死另一个进程。注意，这里所说的杀死并不是直接杀死某个进程，而只是向目标进程发出 “死亡“ 请求。

（二）苏格拉底挑战

1.知识点一

2.知识点二

二、问题与解决

（一）问题

在signal信号中，为什么多个Ctrl+c只处理了一次？

（二）解决

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

void sig_catch(int signo) {
    printf("catch you : %d\n", signo);
}

int main() {
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = sig_catch; // 设置信号处理函数
    sigemptyset(&act.sa_mask);  // 初始化信号掩码为空
    act.sa_flags = 0;          // 无特殊选项

    sigaction(SIGINT, &act, NULL); // 使用 sigaction 设置信号处理

    while(1); // 无限循环

    return 0;
}

在这个修改后的代码中，sigaction 用于设置 SIGINT 的处理函数为 sig_catch，并且不会在处理信号后自动重置为默认行为。这样，每次按下 Ctrl+C 都会触发 sig_catch 函数。

三、实践过程与代码

（一）实践

signal函数：

（二）代码

signal函数：

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

  int main(){
      signal(SIGINT,sig_catch);
      while(1);
      return 0;
  }