你在网上买了很多件商品，再等待不同商品快递的到来。但即便快递没有到来，你也知道快递来临时，
你该怎么处理快递。也就是你能“识别快递”
当快递员到了你楼下，你也收到快递到来的通知，但是你正在打游戏，需5min之后才能去取快递。那
么在在这5min之内，你并没有下去去取快递，但是你是知道有快递到来了。也就是取快递的行为并不
是一定要立即执行，可以理解成“在合适的时候去取”。
在收到通知，再到你拿到快递期间，是有一个时间窗口的，在这段时间，你并没有拿到快递，但是你知
道有一个快递已经来了。本质上是你“记住了有一个快递要去取”
当你时间合适，顺利拿到快递之后，就要开始处理快递了。而处理快递一般方式有三种：1. 执行默认动
作（幸福的打开快递，使用商品）2. 执行自定义动作（快递是零食，你要送给你你的女朋友）3. 忽略快
递（快递拿上来之后，扔掉床头，继续开一把游戏）
快递到来的整个过程，对你来讲是异步的，你不能准确断定快递员什么时候给你打电话
[hb@localhost code_test]$ cat sig.c
#include <stdio.h>
int main()
{
while(1){
printf("I am a process, I am waiting signal!\n");
sleep(1);
}
}
[hb@localhost code_test]$ ./sig
I am a process, I am waiting signal!
I am a process, I am waiting signal!
I am a process, I am waiting signal!
^C
信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。
(sigaction函数稍后详细介绍),可选的处理动作有以下三种:
首先解释什么是Core Dump。当一个进程要异常终止时,可以选择把进程的用户空间内存数据全部 保存到磁盘上,文件名通常是core,这叫做Core Dump。进程异常终止通常是因为有Bug,比如非法内存访问导致段错误,事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因,这叫做Post-mortem Debug（事后调试）。一个进程允许
产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit(这个信息保存 在PCB中)。默认是不允许产生core文件的,因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息,不安全。在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制,允许产生core文件。 首先用ulimit命令改变Shell进程Resource Limit,允许core文件最大为1024K: $ ulimit -c
1024
然后写一个死循环程序:
前台运行这个程序,然后在终端键入Ctrl-C（ 貌似不行）或Ctrl-\（介个可以）:
ulimit命令改变了Shell进程的Resource Limit,test进程的PCB由Shell进程复制而来,所以也具 有和Shell进程相同的Resource Limit值,这样就可以产生Core Dump了。 使用core文件：
首先在后台执行死循环程序,然后用kill命令给它发SIGSEGV信号。
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int signo);
int raise(int signo);
这两个函数都是成功返回0,错误返回-1。
abort函数使当前进程接收到信号而异常终止。
#include <stdlib.h>
void abort(void);
就像exit函数一样,abort函数总是会成功的,所以没有返回值。
SIGPIPE是一种由软件条件产生的信号,在“管道”中已经介绍过了。本节主要介绍alarm函数 和SIGALRM信号。
#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动
作是终止当前进程。
这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。打个比方,某人要小睡一觉,设定闹钟为30分钟之后响,20分钟后被人吵醒了,还想多睡一会儿,于是重新设定闹钟为15分钟之后响,“以前设定的闹钟时间还余下的时间”就是10分钟。如果seconds值为0,表示取消以前设定的闹钟,函数的返回值仍然是以前设定的闹钟时间还余下的秒数（自己验证一下？）
例 alarm
这个程序的作用是1秒钟之内不停地数数,1秒钟到了就被SIGALRM信号终止。
硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核,然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除以0的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非
法内存地址,MMU会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void handler(int sig)
{
printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
int main()
{
signal(2, handler); //前文提到过，信号是可以被自定义捕捉的，siganl函数就是来进行信号捕捉的，提前了
解一下
while(1);
return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ ./sig
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^\Quit (core dumped)
[hb@localhost code_test]$
//默认行为
[hb@localhost code_test]$ cat sig.c
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void handler(int sig)
{
printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
int main()
{
//signal(SIGSEGV, handler);
sleep(1);
int *p = NULL;
*p = 100;
while(1);
return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ ./sig
Segmentation fault (core dumped)
[hb@localhost code_test]$
//捕捉行为
[hb@localhost code_test]$ cat sig.c
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void handler(int sig)
{
printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
int main()
{
//signal(SIGSEGV, handler);
sleep(1);
int *p = NULL;
*p = 100;
while(1);
return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ ./sig
[hb@localhost code_test]$ ./sig
catch a sig : 11
catch a sig : 11
catch a sig : 11
由此可以确认，我们在C/C++当中除零，内存越界等异常，在系统层面上，是被当成信号处理的。
信号在内核中的表示示意图
从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有
效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。下一节将详细介绍信号集的各种操作。 阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。
#include<iostream>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void catchSig(int signum)
{
std::cout<<"获得了一个信号"<<signum<<std::endl;
}
int main()
{
for(int i=1;i<=31;i++)
signal(i,catchSig);
while(true)
{
sleep(1);
}
//signal(2,handler);
// signal(2,SIG_IGN);
// signal(2,SIG_DFL);
}
sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_ t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember（const sigset_t *set, int signo);
函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含 任何有效信号。
函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
注意,在使用sigset_ t类型的变量之前,一定要调 用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。
这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。
调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)。
#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
返回值:若成功则为0,若出错则为-1
如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出。如果set是非空指针,则 更改进程的信
号屏蔽字,参数how指示如何更改。如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号 屏蔽字备份到oset里,然后
根据set和how参数更改信号屏蔽字。假设当前的信号屏蔽字为mask,下表说明了how参数的可选值。
如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达。
#include <signal.h>
sigpending
读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。调用成功则返回0,出错则返回-1。 下面用刚学的几个函数做个实验。程序如下:
程序运行时,每秒钟把各信号的未决状态打印一遍,由于我们阻塞了SIGINT信号,按Ctrl-C将会 使SIGINT信号处于未决状态,按Ctrl-\仍然可以终止程序,因为SIGQUIT信号没有阻塞。
课堂代码(前有一个显示置1的稍作修改的代码没写(下27:43))：
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <cassert>
static void showPending(sigset_t &pending)
{
for (int sig = 1; sig <= 31; sig++)
{
if (sigismember(&pending, sig))
std::cout << "1";
else
std::cout << "0";
}
std::cout << std::endl;
}
int main()
{
// 1.定义信号集对象
sigset_t bset, obset;
sigset_t pending;
// 2.初始化
sigemptyset(&bset);
sigemptyset(&obset);
sigemptyset(&pending);
// 3.添加要进行屏蔽的信号
sigaddset(&bset, 2 /*SIGINT*/);
// 4.设置set到内核中对应的进程内部[默认情况进程不会对任何信号进行block]
int n = sigprocmask(SIG_BLOCK, &bset, &obset);
assert(n == 0);
(void)n;
std::cout << "block 2 号信号成功...." << std::endl;
// 5.重复打印当前进程的pending信号集
int count = 0;
while (true)
{
// 5.1获取当前进程的pending信号集
sigpending(&pending);
// 5.2显示pending信号集中的没有被递达的信号
showPending(pending);
sleep(1);
count++;
if (count == 20)
{
int n = sigprocmask(SIG_SETMASK, &obset, nullptr);
assert(n == 0);
(void)n;
}
}
return 0;
}
结果：
我们没有看到位图由1变0
更改后结果：
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <cassert>
static void handler(int signum)
{
std::cout<<"捕捉 信号 : "<<signum<<std::endl;
//不要终止进程,exit
}
static void showPending(sigset_t &pending)
{
for (int sig = 1; sig <= 31; sig++)
{
if (sigismember(&pending, sig))
std::cout << "1";
else
std::cout << "0";
}
std::cout << std::endl;
}
int main()
{
//0.方便测试，捕捉2号信号，不要退出
signal(2,handler);
// 1.定义信号集对象
sigset_t bset, obset;
sigset_t pending;
// 2.初始化
sigemptyset(&bset);
sigemptyset(&obset);
sigemptyset(&pending);
// 3.添加要进行屏蔽的信号
sigaddset(&bset, 2 /*SIGINT*/);
// 4.设置set到内核中对应的进程内部[默认情况进程不会对任何信号进行block]
int n = sigprocmask(SIG_BLOCK, &bset, &obset);
assert(n == 0);
(void)n;
std::cout << "block 2 号信号成功...." << std::endl;
// 5.重复打印当前进程的pending信号集
int count = 0;
while (true)
{
// 5.1获取当前进程的pending信号集
sigpending(&pending);
// 5.2显示pending信号集中的没有被递达的信号
showPending(pending);
sleep(1);
count++;
if (count == 20)
{
//默认情况下，恢复对于2号信号的block的时候，确实会进行递达
//但是2号信号的默认处理动作是终止进程！
//需要对二号信号进行捕捉
int n = sigprocmask(SIG_SETMASK, &obset, nullptr);
assert(n == 0);
(void)n;
std::cout<<"解除对于2号信号的block"<<std::endl;
}
}
return 0;
}
如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号。由于信号处理函数的代码
是在用户空间的,处理过程比较复杂,举例如下: 用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler。 当前正在执行
main函数,这时发生中断或异常切换到内核态。 在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号
SIGQUIT递达。 内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行,而是执行sighandler函 数,sighandler
和main函数使用不同的堆栈空间,它们之间不存在调用和被调用的关系,是 两个独立的控制流程。 sighandler函数返
回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态。 如果没有新的信号要递达,这次再返回用户态就是恢复
main函数的上下文继续执行了。
#include <signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);
sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作。调用成功则返回0,出错则返回- 1.signo是指定信号的编号。若act指针非空,则根据act修改该信号的处理动作。若oact指针非 空,则通过oact传出该信号原来的处理动作。act和oact指向sigaction结构体:
将sa_handler赋值为常数SIG_IGN传给sigaction表示忽略信号,赋值为常数SIG_DFL表示执行系统默认动作,赋值为一个函数指针表示用自定义函数捕捉信号,或者说向内核注册了一个信号处理函 数,该函数返回值为void,可以带一个int参数,通过参数可以得知当前信号的编号,这样就可以用同一个函数处理多种信号。显然,这也是一个回调函数,不是被main函数调用,而是被系统所调用。
当某个信号的处理函数被调用时,内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字,这样就保证了在处理某个信号时,如果这种信号再次产生,那么 它会被阻塞到当前处理结束为止。 如果在调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还希望自动屏蔽另外一些信号,则用sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。 sa_flags字段包含一些选项,本章的代码都把sa_flags设为0,sa_sigaction是实时信号的处理函数,本章不详细解释这两个字段,有兴趣的同学可以在了解一下。
该关键字在C当中我们已经有所涉猎，今天我们站在信号的角度重新理解一下
标准情况下，键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉，执行自定义动作，修改 flag＝1 ， while 条件不满足,退出循
环，进程退出
[hb@localhost code_test]$ cat sig.c
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int flag = 0;
void handler(int sig)
{
printf("chage flag 0 to 1\n");
flag = 1;
}
int main()
{
signal(2, handler);
while(!flag);
printf("process quit normal\n");
return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ cat Makefile
sig:sig.c
gcc -o sig sig.c #-O2
.PHONY:clean
clean:
rm -f sig
[hb@localhost code_test]$ ./sig
^Cchage flag 0 to 1
process quit normal
标准情况下，键入CTRL—C2号信号被捕捉，执行自定义动作，修改flag=1，while条件不满足，退出循环，进程退出
[hb@localhost code_test]$ cat sig.c
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int flag = 0;
void handler(int sig)
{
printf("chage flag 0 to 1\n");
flag = 1;
}
int main()
{
signal(2, handler);
while(!flag);
printf("process quit normal\n");
return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ cat Makefile
sig:sig.c
gcc -o sig sig.c -O2
.PHONY:clean
clean:
rm -f sig
[hb@localhost code_test]$ ./sig
^Cchage flag 0 to 1
^Cchage flag 0 to 1
^Cchage flag 0 to 1
优化情况下，键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉，执行自定义动作，修改 flag＝1 ，但是 while 条件依旧满足,进程继续运行！但是很明显flag肯定已经被修改了，但是为何循环依旧执行？很明显， while 循环检查的flag，并不是内存中最新的flag，这就存在了数据二异性的问题。 while 检测的flag其实已经因为优化，被放在了CPU寄存器当中。如何解决呢？很明显需要 volatile
[hb@localhost code_test]$ cat sig.c
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
volatile int flag = 0;
void handler(int sig)
{
printf("chage flag 0 to 1\n");
flag = 1;
}
int main()
{
signal(2, handler);
while(!flag);
printf("process quit normal\n");
return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ cat Makefile
sig:sig.c
gcc -o sig sig.c -O2
.PHONY:clean
clean:
rm -f sig
[hb@localhost code_test]$ ./sig
^Cchage flag 0 to 1
process quit normal
进程一章讲过用wait和waitpid函数清理僵尸进程,父进程可以阻塞等待子进程结束,也可以非阻 塞地查询是否有子进程结束等待清理(也就是轮询的方式)。采用第一种方式,父进程阻塞了就不 能处理自己的工作了;采用第二种方式,父进程在处理自己的工作的同时还要记得时不时地轮询一 下,程序实现复杂。
其实,子进程在终止时会给父进程发SIGCHLD信号,该信号的默认处理动作是忽略,父进程可以自 定义SIGCHLD信号的处理函数,这样父进程只需专心处理自己的工作,不必关心子进程了,子进程 终止时会通知父进程,父进程在信号处理函数中调用wait清理子进程即可。
请编写一个程序完成以下功能:父进程fork出子进程,子进程调用exit(2)终止,父进程自定 义SIGCHLD信号的处理函数,在其中调用wait获得子进程的退出状态并打印。
事实上,由于UNIX 的历史原因,要想不产生僵尸进程还有另外一种办法:父进程调 用sigaction将SIGCHLD的处理动作置为SIG_IGN,这样fork出来的子进程在终止时会自动清理掉,不 会产生僵尸进程,也不会通知父进程。系统默认的忽略动作和用户用sigaction函数自定义的忽略 通常是没有区别的,但这是一个特例。此方法对于Linux可用,但不保证在其它UNIX系统上都可 用。请编写程序验证这样做不会产生僵尸进程。
测试代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
void handler(int sig)
{
pid_t id;
while( (id = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0){
printf("wait child success: %d\n", id);
}
printf("child is quit! %d\n", getpid());
}
int main()
{
signal(SIGCHLD, handler);
pid_t cid;
if((cid = fork()) == 0){//child
printf("child : %d\n", getpid());
sleep(3);
exit(1);
}
while(1){
printf("father proc is doing some thing!\n");
sleep(1);
}
return 0;
}