基本概念
概念：
信号是信息的载体，Linux/UNIX 环境下，古老、经典的通信方式， 现下依然是主要的通信手段。
机制：
A 给 B 发送信号，B 收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行，
去处理信号，处理完毕再继续执行。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称
为“软中断”。
信号共性：
简单、不能携带大量信息、满足条件才发送。
信号的特质：
信号是软件层面上的“中断”。一旦信号产生，无论程序执行到什么位置，必须立即停止运行，处理信号，处理结束，
再继续执行后续指令。
所有信号的产生及处理全部都是由【内核】完成的。
信号产生：
1. 按键产生，如：Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+\
2. 系统调用产生，如：kill、raise、abort
3. 软件条件产生，如：定时器 alarm
4. 硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除 0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
5. 命令产生，如：kill 命令
信号状态：
未决：产生与递达之间状态。 主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。设置信号屏蔽字
递达：产生并且送达到进程。直接被内核处理掉。(一般来说，信号递达和处理是一个状态)
信号处理方式：
1. 执行默认动作
2. 忽略(丢弃)
3. 捕捉(调用户处理函数)
信号默认处理动作：
Term：终止进程
Ign： 忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)
Core：终止进程，生成 Core 文件。(查验进程死亡原因， 用于 gdb 调试)
Stop：停止（暂停）进程
Cont：继续运行进程
信号4要素：
信号使用之前，应先确定其4要素，而后再用！！！
编号、名称、对应事件、默认处理动作。
Linux常见信号
Signal Value Action Comment
(信号) (编号) (默认动作) (事件)
SIGHUP 1 Term 当用户退出 shell 时，由该shell启动的所有进程将收到这个信号，
SIGINT 2 Term 当用户按下了<Ctrl+C>组合键时，终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号
SIGQUIT 3 Core 当用户按下<ctrl+\>组合键时产生该信号
SIGILL 4 Core CPU 检测到某进程执行了非法指令。
SIGBUS： 7 Core 非法访问内存地址，包括内存对齐出错
SIGFPE 8 Core 在发生致命的运算错误时发出。包括浮点运算错误，溢出及除数为 0等所有的算法错误
SIGKILL 9 Term 无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。
SIGSEGV 11 Core 指示进程进行了无效内存访问
(段错误)
SIGPIPE 13 Term Broken pipe 向一个没有读端的管道写数据
SIGALRM 14 Term 定时器超时，超时的时间 由系统调用 alarm 设置
SIGTERM 15 Term 程序结束信号，与 SIGKILL 不同的是，该信号可以被阻塞和终止。表示示程序正常退出
SIGUSR1 10 Term 用户定义 的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号
SIGUSR2 12 Term 另外一个用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号
SIGCHLD 17 Ign(忽略) 子进程状态发生变化时，父进程会收到这个信号
SIGCONT 18 Cont(继续) 如果进程已停止，则使其继续运行
SIGSTOP 19 Stop(停止) 停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞
SIGTSTP 20 Stop 停止终端交互进程的运行。按下<ctrl+z>组合键时发出这个信号
SIGTTIN 21 Stop 后台进程读终端控制台
信号产生
终端按键产生信号
Ctrl + c → 2) SIGINT（终止/中断） "INT" ----Interrupt
Ctrl + z → 20) SIGTSTP（暂停/停止） "T" ----Terminal 终端。
Ctrl + \ → 3) SIGQUIT（退出）
硬件异常产生信号
除 0 操作 → 8) SIGFPE (浮点数例外) "F" -----float 浮点数。
非法访问内存 → 11) SIGSEGV (段错误)
总线错误 → 7) SIGBUS
kill 命令产生信号
kill -SIGKILL pid kill -9 pid
参数2缺省，默认是-15，表示程序正常退出，与-9不同，可以被阻塞和屏蔽
kill 函数产生信号
int kill（pid_t pid, int signum） kill作用：发送信号
参数：
pid: > 0:发送信号给指定进程
= 0：发送信号给跟调用kill函数的那个进程处于同一进程组的进程。
< -1: 取绝对值，发送信号给该绝对值所对应的进程组的所有组员。
= -1：发送信号给，有权限发送的所有进程。
signum：待发送的信号
返回值：
成功： 0
失败： -1 errno
软件条件产生信号
alarm 函数：使用自然计时法。
定时发送SIGALRM给当前进程。
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
seconds：定时秒数
返回值：上次定时剩余时间。
无错误现象。
alarm（0）； 取消闹钟。
time 命令 ： 查看程序执行时间。 实际时间 = 用户时间 + 内核时间 + 等待时间。 --》 优化瓶颈 IO
setitimer函数：
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
参数：
which： ITIMER_REAL： 采用自然计时。 ——> SIGALRM
ITIMER_VIRTUAL: 采用用户空间计时 ---> SIGVTALRM
ITIMER_PROF: 采用内核+用户空间计时 ---> SIGPROF
new_value：定时秒数
类型：struct itimerval {
struct timeval {
time_t tv_sec; /* seconds */
suseconds_t tv_usec; /* microseconds */
}it_interval;---> 周期定时秒数, do{}while实现 定时多次
struct timeval {
time_t tv_sec;
suseconds_t tv_usec;
}it_value; ---> 第一次定时秒数 只定时一次
};
old_value：传出参数，上次定时剩余时间。
e.g.
struct itimerval new_t;
struct itimerval old_t;
new_t.it_interval.tv_sec = 0;
new_t.it_interval.tv_usec = 0;
new_t.it_value.tv_sec = 1;
new_t.it_value.tv_usec = 0;
int ret = setitimer(&new_t, &old_t); ==== alarm(1) 定时1秒
返回值：
成功： 0
失败： -1 errno
其他几个发信号函数：
int raise(int sig);
void abort(void);
信号集操作函数
概念：
Linux内核PCB中包含信号相关信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。两个信号集实质是位图。内核通过读取未决信号集来判断信号是否应被处理。信号屏蔽字 mask 可以影响未决信号集。而我们可以在应用程序中自定义 set 来改变 mask。已达到屏蔽指定信号的目的。Linux内核提供了一系列信号集操作函数
原理：
信号集操作分为两步：
1. 在应用程序中自定义 set
2. 利用自定义的set改变屏蔽信号字mask
信号集设定函数：产生自定义信号集set
sigset_t set; 自定义信号集。 访问set: sigismember（const sigset_t *set，int signum)
signum：信号编号
sigemptyset(sigset_t *set); 清空信号集
sigfillset(sigset_t *set); 全部置1
sigaddset(sigset_t *set, int signum); 将一个信号添加到集合中
sigdelset(sigset_t *set, int signum); 将一个信号从集合中移除
sigismember（const sigset_t *set，int signum); 判断一个信号是否在集合中。 在--》1， 不在--》0 访问set
设置信号屏蔽字和解除屏蔽函数：利用自定义set改变信号屏蔽字
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
how: SIG_BLOCK: 设置阻塞 相当于 mask = mask|set
SIG_UNBLOCK: 取消阻塞 相当于 mask = mask & ~set
SIG_SETMASK: 用自定义set替换mask。 相当于 mask = set
set： 自定义set
oldset：旧有的 mask。
查看未决信号集函数：设置信号屏蔽字，反映在未决信号集上，通过查看未决信号集可以测试屏蔽字是否设置成功
int sigpending(sigset_t *set);
set： 传出的 未决信号集。
示例：
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
void print(sigset_t *set)
{
for (int i = 1; i <= 32; i++){
if (sigismember(set, i))
putchar('1');
else putchar('0');
}
putchar('\n');
}
int main()
{
sigset_t set, oldset, pedset;
sigemptyset(&set);
sigaddset(&set, SIGINT);
sigaddset(&set, SIGQUIT);
sigaddset(&set, SIGTERM); //可屏蔽
sigaddset(&set, SIGKILL); //无法屏蔽
sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oldset);
while (1){
sigpending(&pedset);
print(&pedset);
sleep(1);
}
return 0;
}
信号捕捉
signal 函数
注册一个信号捕捉函数： void (*signal(int signum, void (*sighandler_t)(int))) (int);
typedef void (*sighandler_t)(int); // sighandler_t函数指针参数为-----信号编号
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
该函数由 ANSI 定义，由于历史原因在不同版本的 Unix 和不同版本的 Linux 中可能有不同的行为。因此应该尽
量避免使用它，取而代之使用 sigaction 函数。
示例：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
void sig_catch(int signo)
{
printf("catch you!! %d", signo); // signo内核赋值为捕捉的信号的编号
return ;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
signal(SIGINT, sig_catch);
while (1);
return 0;
}
sigaction 函数：修改信号处理动作（通常在 Linux 用其来注册一个信号的捕捉函数）
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
参数：
act：传入参数，新的处理方式。
oldact：传出参数，旧的处理方式。
返回值：
成功：0；失败：-1，设置 errno
struct sigaction 结构体
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
};
sa_restorer：该元素是过时的，不应该使用，POSIX.1 标准将不指定该元素。(弃用)
sa_sigaction：当 sa_flags 被指定为 SA_SIGINFO 标志时，使用该信号处理程序。(很少使用)
重点掌握：
sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名(即注册函数)。也可赋值为 SIG_IGN 表忽略 或 SIG_DFL 表执行默认动作
sa_mask: 调用信号处理函数时，所要屏蔽的信号集合(信号屏蔽字)。注意：仅在处理函数被调用期间屏蔽生效，是临
时性设置。为了防止在捕捉信号处理函数中又捕捉到自身产生递归
sa_flags：
通常设置为 0，表使用默认属性。此时默认屏蔽本身
慢速中断系统调用：wait, read, write
慢速系统调用被中断的相关行为，实际上就是 pause 的行为： 如，read
想中断 pause，信号不能被屏蔽。
信号的处理方式必须是捕捉 (默认、忽略都不可以) ③ 中断后返回-1， 设置 errno 为
EINTR(表“被信号中断”)
SA_INTERRURT 不重启
SA_RESTART 重启。
示例：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
void sig_catch(int signo) // 回调函数
{
if (signo == SIGINT) {
printf("catch you!! %d\n", signo);
sleep(10);
}
/*
else if (signo == SIGQUIT)
printf("-----------catch you!! %d\n", signo);
*/
return ;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct sigaction act, oldact;
act.sa_handler = sig_catch; // set callback function name 设置回调函数
sigemptyset(&(act.sa_mask)); // set mask when sig_catch working. 清空sa_mask屏蔽字,
只在sig_catch工作时有效
sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT); // 屏蔽SIGQUIT信号，只在sig_catch工作时有效
act.sa_flags = 0; // usually use. 默认值
int ret = sigaction(SIGINT, &act, &oldact); //注册信号捕捉函数
if (ret == -1)
sys_err("sigaction error");
// ret = sigaction(SIGQUIT, &act, &oldact); //注册信号捕捉函数
while (1);
return 0;
}
信号捕捉特性
信号捕捉特性：
1. 捕捉函数执行期间，信号屏蔽字 由sa_mask决定 , 捕捉函数执行结束。信号屏蔽字 由 mask 决定
2. 捕捉函数执行期间，本信号自动被屏蔽(sa_flgs = 0).
3. 捕捉函数执行期间，被屏蔽信号多次发送，解除屏蔽后只处理一次！不支持排队，没有计数机制
内核实现信号捕捉过程
借助信号完成 子进程回收
SIGCHLD 信号 ：子进程状态发生变化时，父进程会收到这个信号
SIGCHLD 的产生条件
子进程终止时
子进程接收到 SIGSTOP 信号停止时
子进程处在停止态，接受到 SIGCONT 后唤醒时
借助 SIGCHLD 信号回收子进程
场景：ls | wc -l, 父进程要执行execlp("ls"), 子进程执行execlp("wc");
若回收函数wait()放在execlp()之后，若ececlp()执行成功，不会执行wait(),不会回收子进程
若回收函数wait()放在execlp()之前，子进程不结束，一直阻塞，不执行ls。但是不执行ls, 子进程就不会结束
程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
void sig_catch(int signo)
{
pid_t wpid;
while ((wpid = waitpid(-1, NULL, 0)) != -1){ // 循环回收,防止僵尸进程出现.
printf("catch child id %d\n", wpid);
}
}
int main()
{
pid_t pid;
int i = 0;
sigset_t set, oldset; //设置mask阻塞
sigemptyset(&set);
sigaddset(&set, SIGCHLD);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oldset);
for (i = 0; i < 5; i++){ // 创建子进程
if ((pid = fork()) == 0) break;
}
if (i == 5){
struct sigaction act, oldact; // 注册信号捕捉函数
act.sa_handler = sig_catch;
sigemptyset(&(act.sa_mask));
act.sa_flags = 0;
sigaction(SIGCHLD, &act, &oldact);
sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, &oldset); // 解除mask阻塞
printf ("I am parent %d\n", getpid());
}else{
printf ("I am child %d\n", getpid());
}
return 0;
}
思考：
1. 信号不支持排队，当正在执行 SIGCHLD 捕捉函数时，再过来一个或多个 SIGCHLD 信号怎么办？
使用while((wpid = waitpid(-1, &status, 0)) != -1) 循环回收,防止僵尸进程出现
如果使用if ((wpid = waitpid(-1, &status, 0)) != -1) 回收，当多个SIGCHLD 信号同时递达，只会回收一个
2. 注册信号捕捉函数的位置？
在父进程执行逻辑中注册信号捕捉函数
3. 如果父进程没有来得及注册信号捕捉函数，已经有子进程死了，会出现什么问题？怎么解决？
父进程没有来得及注册信号捕捉函数，子进程死了，发出 SIGCHLD 信号，内核执行默认动作----忽略(即不回收)
解决：在 fork 之前，阻塞 SIGCHLD 信号。注册完捕捉函数后解除阻塞
