Linux信号:信号的保存

目录

一、信号在内核中的表示

 二、sigset_t

2.1sigset_t的概念和意义

2.2信号集操作数

三、信号集操作数的使用

3.1sigprocmask

3.2sigpending

3.3sigemptyset

四、代码演示


一、信号在内核中的表示

实际执行信号的处理动作称为信号 递达(Delivery)
信号从产生到递达之间的状态,称为信号 未决(Pending)
进程可以选择 阻塞 (Block ) 某个信号。
被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作。
注意,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。
信号在内核中的表示示意图
每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中
如上图所示:
SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。
SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。
SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。
如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,将如何处理?POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。

 二、sigset_t

2.1sigset_t的概念和意义

Linux中,常用的信号有31个,内核中则存在一个类似于位图的方式来对该进程的block,peding进行表示,由于不存在0号信号,所以信号就从1号位置开始到31,如果该位置上为1则表示该信号当前存在,为0则表示不存在。

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。
而为了方便统一管理,和安全性考虑,Linux中就设置了一种sigset_t的类型专门用于表示信号集。

2.2信号集操作数

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。
而常用的系统调用接口有如下几个:
#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。

三、信号集操作数的使用

3.1sigprocmask

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。

3.2sigpending

#include <signal.h>

sigset_t pendig;
int n=sigpending(&pending);
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则n=0,出错则返回-1则n=-1。

3.3sigemptyset

清空sigset_t类型内部的数据。

sigset_t pending;
sigemptyset(&pending);
考虑到各个平台的不同,这种方式可以很好解决在栈上生成随机值的情况

四、代码演示

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <cassert>
#include <sys/wait.h>

void PrintSig(sigset_t &pending)
{
    std::cout << "Pending bitmap: ";
    for (int signo = 31; signo > 0; signo--)
    {
        if (sigismember(&pending, signo))//判断该信号是否在信号集中
        {
            std::cout << "1";
        }
        else
        {
            std::cout << "0";
        }
    }
    std::cout << std::endl;
}

void handler(int signo)
{
    sigset_t pending;
    sigemptyset(&pending);
    int n = sigpending(&pending); // 正在处理2号信号
    assert(n == 0);

    // 3. 打印pending位图中的收到的信号
    std::cout << "递达中...: ";
    PrintSig(pending); // 0: 递达之前,pending 2号已经被清0. 1: pending 2号被清0一定是递达之后
    std::cout << signo << " 号信号被递达处理..." << std::endl;
}

int main()
{
    // 对2号信号进行自定义捕捉 --- 不让进程因为2号信号而终止
    signal(2, handler);

    // 1. 屏蔽2号信号
    sigset_t block, oblock;
    sigemptyset(&block);
    sigemptyset(&oblock);
    sigaddset(&block, 2); // SIGINT --- 根本就没有设置进当前进程的PCB block位图中

    // 0. for test: 如果我屏蔽了所有信号呢???
    // for(int signo = 1; signo <= 31; signo++) // 9, 19号信号无法被屏蔽, 18号信号会被做特殊处理
    //     sigaddset(&block, signo); // SIGINT --- 根本就没有设置进当前进程的PCB block位图中
    // 1.1 开始屏蔽2号信号,其实就是设置进入内核中
    int n = sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &oblock);
    assert(n == 0);
    // (void)n; // 骗过编译器,不要告警,因为我们后面用了n,不光光是定义
    std::cout << "block 2 signal success" << std::endl;
    std::cout << "pid: " << getpid() << std::endl;
    int cnt = 0;
    while (true)
    {
        // 2. 获取进程的pending位图
        sigset_t pending;
        sigemptyset(&pending);
        n = sigpending(&pending);
        assert(n == 0);

        // 3. 打印pending位图中的收到的信号
        PrintSig(pending);
        cnt++;

        // 4. 解除对2号信号的屏蔽
        if (cnt == 20)
        {
            std::cout << "解除对2号信号的屏蔽" << std::endl;
            n = sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &block, &oblock); // 2号信号会被立即递达, 默认处理是终止进程
            assert(n == 0);
        }
        // 我还想看到pending 2号信号 1->0 : 递达二号信号!
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

通过以上代码所演示的现象我们也可以验证两个结论:

1、递达信号的时候一定会把对应的pending位图清0。

2、先清0,再递达。

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