进程信号简述

01. 信号产生

生活中的信号类比(交通信号灯、警报)，当产生这些信号时，我们会立马想到对应的动作。在Linux中，信号是事件发生对进程的通知机制亦称软件中断，由操作系统内核、进程本身或者其他进程向目标进程异步事件发送机制(即收到某种信号，并不会立马去执行)。通知进程发生某种预定义的时间，要求进程作出相应响应。信号与硬件中断相似之处在于会打断程序执行流程。

1.1 认识常见信号

• 硬件异常：
  • 如内存越界（SIGSEGV）
  • 除零错误（SIGFPE）
  • 由内核自动生成
• 系统调用：
  • kill()：向指定进程发送信号
  • raise()：进程向自身发送信号
  • alarm()：设置定时器，超时后发送 SIGALRM
• 终端输入：
  • Ctrl+C:SIGINT（终止进程）
  • Ctrl+Z:SIGTSTP（暂停进程）
  • Ctrl+\:
• 软件条件：
  • 子进程退出时，父进程收到 SIGCHLD
  • 定时器到期（如 alarm()）触发信号
• 核心转储 ：
  • …

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1.2 信号的分类

信号分为两大类。(编号1-31)为传统信号信号，内核向进程通知且递送一次，(编号34-64)为实时信号使信号按序递送。

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1.3 信号处理方式

• 默认动作： 部分是终止自己，暂停等
• 忽略动作： 是一种信号处理的方式，只不过动作就是什么都不干
• 自定义动作： 使用signal方法修改信号的处理动作。(即用户程序员编写的函数：将默认动作转化为自定义动作)

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1.4 改变信号处理方式

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02. 信号阻塞

2.1 概念悉知

• 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.
• 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。

信号产生后会稍后递达给某进程，信号在产生和到达期间会一直处于pending等待状态。

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2.2 信号在内核中的表示

每个进程都有一个信号屏蔽字亦称阻塞信号集，一个 sigset_t 类型的位图，每一位对应一个信号（如 SIGINT、SIGQUIT 等）。用来标记哪些信号当前被阻塞。被阻塞的信号若已产生，会进入未决状态，直到阻塞被解除才会触发处理。位为1生效，0不生效。

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2.2.1 block与pending之间联系

pending集是信号产生后的暂存区，block是控制信号是否能从pending暂存区递交给进程的开关

• block：决定哪些信号会被阻塞，近而将其放入未决信号集
• pending：记录已产生但未被处理的信号（因被阻塞或正在处理其他信号），本质是这个信号被暂存在task_struct信号为途中?

其中block位图用于表示进程是否阻塞。pending位图用于是否有信号写入（信号是否产生，信号产生时，内核在进程控制块中设置该信号的pending位图，直到信号抵达才消失）。handler函数指针数组用于进程执行何种动作（其中存放的是动作函数指针，每个信号的编号就是其数组下标）。

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2.3 关键系统调用

2.3.1 信号集操作函数

sigset_t 本质上是一个位图，每一位代表一个信号。当某一位被设置为 1 时，表示对应的信号被包含在信号集中；为 0 则表示不包含。使用者只能调用以下函数来操作sigset_t变量,不用关注内部数据。

在使用sigset_t类型的变量之前,一定要调用sigemptyset()函数初始化一个未包含任何成员的信号集或者sigfillset()函数则初始化一个信号集，使其包含所有信号（包括所有实时信号）。

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);    // 清空信号集，置0
int sigfillset(sigset_t *set);     // 填充所有信号, 置有效状态1？

信号集初始化后，可以分别使用 sigaddset()和sigdelset()函数向一个集合中添加或者移除单个信号。使用sigismember()测试信号是否是信号集set的成员。

#include <signal.h>
int sigaddset(sigset_t *set, int signo); // 添加单个信号
int sigdelset(sigset_t *set, int signo); // 删除单个信号
int sigismember(const sigset_t *set, int signo); // 判断信号是否存在

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2.3.2 信号掩码（阻塞信号传递）

内核会为每个进程维护一个信号掩码，即一组信号，并将阻塞其针对该进程的传递。如果将遭阻塞的信号发送给某进程，那么对该信号的传递将延后，直至从进程信号掩码中移除该信号，从而解除阻塞为止。

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

参数 ：

• how：指定了sigprocmask()函数想给信号掩码带来的变化。
  • SIG_BLOCK：set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号(逻辑或)
  • SIG_UNBLOCK：set包含了我们希望从当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号(逻辑与非)
  • SIG_SETMASK：设置当前信号屏蔽字为set所指向的值(直接赋值)
• set
  • 要操作的信号集，(为NULL则忽略)
• oldset
  • 保存旧的信号掩码(可为NULL)

返回值：成功返回 0，失败返回 -1（设置 errno）

• 阻塞：信号暂存到未决信号集直到解除阻塞
• 忽略：直接丢弃

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2.3.3 sigpending获取未决信号集

如果某进程接受了一个该进程正在阻塞的信号，那么会将该信号填加到进程的等待信号集中。当之后解除了对该信号的锁定时，会随之将信号传递给此进程。

#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t *set);

作用： 返回处于等待状态的信号集，并将其置于 set指向的sigset_t 结构中。

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2.3.4 sigaction() - 设置信号处理

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

• signum : 目标信号

• act 新的信号处理方式

  • sa_handler：信号处理函数指针（或 SIG_IGN、SIG_DFL）。
  • sa_mask：处理该信号时额外阻塞的信号集。
  • sa_flags：控制选项（如 SA_RESTART、SA_NODEFER）
  • NULL

• oldact

  • 保存旧的处理配置(可为NULL)

返回值：成功返回 0，失败返回 -1（设置 errno）

struct sigaction {void     (*sa_handler)(int);          // 简单处理函数void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 高级处理函数sigset_t sa_mask;                     // 处理期间屏蔽的信号集int      sa_flags;                    // 控制标志void     (*sa_restorer)(void);        // 内部使用（已废弃）
};

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现在我们使用sigprocmask函数和sigpending函数完成一个函数。思路是

1. 对2号信号写入信号集
2. 将该信号集使用sigprocmask函数将2号信号block住
3. 我们键盘输入ctrl+c，产生2号信号，发送至该进程。
4. 使用sigpending函数输出pending位图,
   因为我们将2号进程block住了，该信号并不能抵达。我们再向其发送2号信号，信号被block住了并不会影响信号的写入。因此我们再发送2号进程之前pending位图应该全为0，发送2号进程之后会看见pending位图发送由0至1的变化。

执行流程：

1. 前 5 秒内，SIGINT（Ctrl+C）被阻塞，信号进入未决状态但不触发处理。
2. 5 秒后解除阻塞，若之前有未决的 SIGINT，会立即触发 handle 函数。

#include <iostream>
#include <cassert>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;
static void handler(int signo){cout << signo << " 号信号确实递达了" << endl;//最终不退出进程
}void DisplayPending(const sigset_t pending){// 打印 pending 表int i = 1;while (i < 32){if (sigismember(&pending, i))  cout << "1";else cout << "0";i++;} cout << endl;
}
int main(){// 更改 2 号信号的执行动作signal(2, handler);// 创建信号集sigset_t set, oset;// 信号集清空  0sigemptyset(&set);sigemptyset(&oset);sigaddset(&set, 2);	//将2号信号写入set// 设置当前进程的屏蔽信号集sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);//0给进程// 死循环int n = 0;while (true){if (n == 5){// 采用 SIG_SETMASK 的方式，覆盖进程的 block 表sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, NULL); // 不接收进程的 block 表}// 获取进程的 未决信号集sigset_t pending;sigemptyset(&pending);int ret = sigpending(&pending);assert(ret == 0);(void)ret; // 避免 release 模式中出错DisplayPending(pending);n++;sleep(1);}return 0;
}

03. 信号处理

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