信号和信号处理
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
- 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: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。
- 中断主要分类:
- 人员中断
- 进程中断
- 硬件中断
- 进程的陷阱错误
- Unix/Linux信号示例
- 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。
- nohup a.out&:在后台运行一个程序,即使用户推出后,进程仍然继续执行。
- kill pid (or kill -s 9 pid):用户再次登录时也许会发现(通过ps-u LTD)后台进程仍在运行。用户可以使用sh命令kill pid (or kill -s 9 pid)杀死该进程。
Unix/Linux信号处理
- 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: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。
- 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。
- 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。
- 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。
(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BSDUnix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Linux 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。 - 信号与异常
- 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。
- 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 [IBM MVS]中的 ESPIE 宏。
- 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。
- 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
- 管道和FIFO:管道的主要用途是连接一对管道写进程和读进程。管道写进程可将数据写入管道,读进程可从管道中读取数据。管道控制机制要对管道读写操作进行同步控制。未命名管道供相关进程使用。命名管道是FIFO的,可供不相关进程使用。在 Linux中的管道读取操作为同步和阻塞。如果管道仍有写进程但没有数据,读进程会进行等待。
- 信号
- System V IPC
- POSIX消息队列
- 线程同步机制
- 套接字
苏格拉底挑战
- 针对信号和中断知识点的苏格拉底挑战
- 针对Unix/Linux信号处理知识点的苏格拉底挑战