linux 信號學(xué)習(xí)總結(jié)

一、可靠性與不可靠性：

??? 1. 不可靠信號

??????? 主要由以下兩個問題導(dǎo)致不可靠問題的發(fā)生：

??????? a. 進(jìn)程每次處理信號后， 就會對信號的響應(yīng)設(shè)置為默認(rèn)動作；如果用戶不希望這樣操作，就要在信號處理函數(shù)結(jié)尾再調(diào)用一次signal，進(jìn)行重裝。

??????? b. 信號會丟失。

????????Linux支持不可靠信號，信號值小于SIGRTMIN的都是不可靠的， 但是做了改進(jìn)，在調(diào)用后，不用重新安裝函數(shù)，信號會自動重裝。Linux下的不可靠信號主要指信號丟失。

??? 2. 可靠信號：

?????? 信號值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之間的信號都是可靠信號，可靠信號克服了信號可能丟失的問題。Linux在支持新版本的信號安裝函數(shù)sigation（）以及信號發(fā)送函數(shù)sigqueue()的同時，仍然支持早期的signal（）信號安裝函數(shù)，支持信號發(fā)送函數(shù)kill()。

?????? 注：不要有這樣的誤解：由sigqueue()發(fā)送、sigaction安裝的信號就是可靠的。事實上，可靠信號是指后來添加的新信號（信號值位于SIGRTMIN及SIGRTMAX之間）；不可靠信號是信號值小于SIGRTMIN的信號。信號的可靠與不可靠只與信號值有關(guān)，與信號的發(fā)送及安裝函數(shù)無關(guān)。目前l(fā)inux中的signal()是通過sigation()函數(shù)實現(xiàn)的，因此，即使通過signal（）安裝的信號，在信號處理函數(shù)的結(jié)尾也不必再調(diào)用一次信號安裝函數(shù)。同時，由signal()安裝的實時信號支持排隊，同樣不會丟失。

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二、實時信號與非實時信號

SIGRTMIN（31）往后的都是實時信號，前32號信號已經(jīng)有了預(yù)定義值，有了特定的用途和含義。 后32個信號表示實時信號。

非實時信號都不支持排隊，都是不可靠信號；實時信號都支持排隊，都是可靠信號。

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三、響應(yīng)：

三種方式：1、忽略，不做任何處理。2、捕捉，并調(diào)用處理函數(shù)。 3、執(zhí)行缺省動作。

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四、發(fā)送函數(shù)：

常用的有kill(),? raise(), sigqueue(), alarm(), setitimer(),abort()。詳見man手冊...

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五、信號的安裝：

主要使用signal() 和 sigaction()函數(shù)。

1、signal()不支持信號傳遞信息，主要是用于前32種非實時信號的安裝，而sigaction()是較新的函數(shù)（由兩個系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)：sys_signal以及sys_rt_sigaction），有三個參數(shù)，支持信號傳遞信息，主要用來與sigqueue()系統(tǒng)調(diào)用配合使用，當(dāng)然，sigaction()支持非實時信號的安裝，sigaction()優(yōu)于signal()主要體現(xiàn)在支持信號帶有參數(shù)。

2、兩者都支持裝填這樣的處理函數(shù)：typedef void (*sighandler_t)(int)；sigaction()還支持裝填帶有參數(shù)的處理函數(shù):

void (*_sa_sigaction)(int,struct siginfo *, void *)；下面是sigaction的結(jié)構(gòu)體:

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struct sigaction { union{ __sighandler_t _sa_handler; void (*_sa_sigaction)(int,struct siginfo *, void *)； }_u sigset_t sa_mask； unsigned long sa_flags； void (*sa_restorer)(void)； }很巧妙地使用union來支持兩種不同的信號處理函數(shù)。帶有參數(shù)的處理函數(shù)主要為實時信號準(zhǔn)備，當(dāng)然也支持舊的信號（0~31）。

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再看看那個保存參數(shù)的結(jié)構(gòu)體struct siginfo:

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siginfo_t { int si_signo; /* 信號值，對所有信號有意義*/ int si_errno; /* errno值，對所有信號有意義*/ int si_code; /* 信號產(chǎn)生的原因，對所有信號有意義*/ union{ /* 聯(lián)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同成員適應(yīng)不同信號 */ //確保分配足夠大的存儲空間 int _pad[SI_PAD_SIZE]; //對SIGKILL有意義的結(jié)構(gòu) struct{ ... }... ... ... ... ... //對SIGILL, SIGFPE, SIGSEGV, SIGBUS有意義的結(jié)構(gòu) struct{ ... }... ... ... } }其中使用了一個_pad成員，為所有信號處理的結(jié)構(gòu)體分配足夠的空間，union會以成員中最大的那個來分配空間，這樣處理我認(rèn)為有這樣的考慮：1、可以設(shè)定足夠的大小，使得整個siginfo結(jié)構(gòu)體對齊到cache line，提高cache命中。2、參數(shù)拷貝和傳遞時更加方便了，不管目前存放的參數(shù)是什么，有多大，要拷貝的話，直接使用_pad標(biāo)簽，一次性就可以全部拷貝過去。?

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那個sa_mask，是個很好用的東西，用于指定在信號處理程序執(zhí)行的過程中，哪些喜好應(yīng)當(dāng)被阻塞。缺省情況下，當(dāng)前信號本身被阻塞，防止信號的嵌套發(fā)送，除非指定SA_NODEFER或者SA_NOMASK標(biāo)志位。這個標(biāo)記位，在一定程度上解決了信號丟失的問題，被阻塞的信號并不是被丟失掉，而是在當(dāng)前信號處理過之后，繼續(xù)處理。只不過不打斷當(dāng)前的處理過程而已。

sa_flags中包含了許多標(biāo)志位，包括剛剛提到的SA_NODEFER及SA_NOMASK標(biāo)志位。另一個比較重要的標(biāo)志位是SA_SIGINFO，當(dāng)設(shè)定了該標(biāo)志位時，表示信號附帶的參數(shù)可以被傳遞到信號處理函數(shù)中，因此，應(yīng)該為sigaction結(jié)構(gòu)中的sa_sigaction指定處理函數(shù)，而不應(yīng)該為sa_handler指定信號處理函數(shù)，否則，設(shè)置該標(biāo)志變得毫無意義。即使為sa_sigaction指定了信號處理函數(shù)，如果不設(shè)置SA_SIGINFO，信號處理函數(shù)同樣不能得到信號傳遞過來的數(shù)據(jù)，在信號處理函數(shù)中對這些信息的訪問都將導(dǎo)致段錯誤（Segmentation fault）

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信號作為異步通知，安全保障比較少， 在開發(fā)應(yīng)用程序的時候，盡量不要使用信號來傳遞參數(shù)，

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六、進(jìn)一步討論sigaction:信號集及信號操作函數(shù)：

信號集其實是一個位圖：

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typedef struct {unsigned long sig[_NSIG_WORDS]；} sigset_t;

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linux所支持的所有信號可以全部或部分的出現(xiàn)在信號集中，主要與信號阻塞相關(guān)函數(shù)配合使用，支持以下的操作函數(shù)來操作信號集合：

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int sigemptyset(sigset_t *set)； int sigfillset(sigset_t *set)；int sigaddset(sigset_t *set, int signum)int sigdelset(sigset_t *set, int signum)；int sigismember(const sigset_t *set, int signum)；sigemptyset(sigset_t *set)初始化由set指定的信號集，信號集里面的所有信號被清空；sigfillset(sigset_t *set)調(diào)用該函數(shù)后，set指向的信號集中將包含linux支持的64種信號；sigaddset(sigset_t *set, int signum)在set指向的信號集中加入signum信號；sigdelset(sigset_t *set, int signum)在set指向的信號集中刪除signum信號；sigismember(const sigset_t *set, int signum)判定信號signum是否在set指向的信號集中。

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七、信號阻塞與信號未決：

使用函數(shù)sigprocmask（）阻塞信號的傳遞，只是延遲信號的到達(dá)。信號會在解除阻塞后繼續(xù)傳遞。這種情況往往需要在信號程序和其它程序共享全局變量時，如果全局變量的類型不是sig_atomic_t類型，當(dāng)一部分程序恰好讀、寫到變量過程中，產(chǎn)生某個信號，而信號程序里會改變該變量，那么就會產(chǎn)生混亂。為了避免這種混亂，提供程序的可靠性，必須在操作這類變量前阻塞信號，操作完成后恢復(fù)信號的傳遞。

每個進(jìn)程都有一個用來描述哪些信號遞送到進(jìn)程時將被阻塞的信號集，該信號集中的所有信號在遞送到進(jìn)程后都將被阻塞。我們稱正在阻塞的信號的集合為信號掩碼（signal mask）。每個進(jìn)程都有自己的信號掩碼，創(chuàng)建子進(jìn)程時子進(jìn)程將繼承父進(jìn)程的信號掩碼。我們可以通過修改當(dāng)前的信號掩碼來改變信號的阻塞情況。
??????int sigprocmask(int how, const sigset_t *set,sigset_t *oldset)，該函數(shù)用來檢查和改變調(diào)用進(jìn)程的信號掩碼，其中的how參數(shù)指出信號掩碼改變的方式，必須是下面的值之一：
????? SIG_BLOCK，阻塞set中包含的信號。意思是說把set中的信號加到當(dāng)前的信號掩碼中去，新的信號掩碼是set和舊信號掩碼的并集。
????? SIG_UNBLOCK，解除set中信號的阻塞，從當(dāng)前信號掩碼中去除set中的信號。
????? SIG_SETMASK，設(shè)置信號掩碼，既按照set中的信號重新設(shè)置信號掩碼。

????? 最后一個參數(shù)是進(jìn)程原來的信號集。如果你只需要改變信號的阻塞情況而不需要關(guān)心原來的值，可以傳遞NULL指針給函數(shù)。如果你希望什么也不改變，只是想獲得當(dāng)前信號掩碼的信息，那么把set設(shè)置成NULL，old中返回當(dāng)前的設(shè)置。

????? 使用sigpending(sigset_t *set)可以獲得當(dāng)前已經(jīng)送到進(jìn)程，但是被阻塞的所有信號，在set指向的信號集中返回結(jié)果。是一個用于查詢的函數(shù)，暫時沒有想到好的用處。

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????? sigsuspend(const sigset_t *mask);用于在接收到某個信號之前, 臨時用mask替換進(jìn)程的信號掩碼, 并暫停進(jìn)程執(zhí)行，直到收到信號為止。sigsuspend 返回后將恢復(fù)調(diào)用之前的信號掩碼。信號處理函數(shù)完成后，進(jìn)程將繼續(xù)執(zhí)行。該系統(tǒng)調(diào)用始終返回-1，并將errno設(shè)置為EINTR。

?????? signsuspend的操作是原子的（要么都執(zhí)行，要么一點都不執(zhí)行），主要做了一下工作：???
????? (1) 設(shè)置新的mask阻塞當(dāng)前進(jìn)程；
????? (2) 收到信號，調(diào)用該進(jìn)程設(shè)置的信號處理函數(shù)；
????? (3) 待信號處理函數(shù)返回后，恢復(fù)原先mask；
????? (4) sigsuspend返回。

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八、信號的生命周期：

1、信號"誕生"。信號的誕生指的是觸發(fā)信號的事件發(fā)生（如檢測到硬件異常、定時器超時以及調(diào)用信號發(fā)送函數(shù)kill()或sigqueue()等）。

2、信號在目標(biāo)進(jìn)程中"注冊"；進(jìn)程的task_struct結(jié)構(gòu)中有關(guān)于本進(jìn)程中未決信號的數(shù)據(jù)成員：

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sigpending結(jié)構(gòu)體中，signal域保存所有待處理信號的集合，每個信號占一位。list域指向sigqueue鏈表，對于非實時信號（1-31），每個信號在鏈表中只能擁有一個sigqueue；對于實時信號(32-63)，如果接收到多個相同的信號，每個信號都會在鏈表中擁有一個sigqueue。

注：?
當(dāng)一個實時信號發(fā)送給一個進(jìn)程時，不管該信號是否已經(jīng)在進(jìn)程中注冊，都會被再注冊一次，因此，信號不會丟失，因此，實時信號又叫做"可靠信號"。這意味著同一個實時信號可以在同一個進(jìn)程的未決信號信息鏈中占有多個sigqueue結(jié)構(gòu)（進(jìn)程每收到一個實時信號，都會為它分配一個結(jié)構(gòu)來登記該信號信息，并把該結(jié)構(gòu)添加在未決信號鏈尾，即所有誕生的實時信號都會在目標(biāo)進(jìn)程中注冊）；?
當(dāng)一個非實時信號發(fā)送給一個進(jìn)程時，如果該信號已經(jīng)在進(jìn)程中注冊，則該信號將被丟棄，造成信號丟失。因此，非實時信號又叫做"不可靠信號"。這意味著同一個非實時信號在進(jìn)程的未決信號信息鏈中，至多占有一個sigqueue結(jié)構(gòu)（一個非實時信號誕生后，（1）、如果發(fā)現(xiàn)相同的信號已經(jīng)在目標(biāo)結(jié)構(gòu)中注冊，則不再注冊，對于進(jìn)程來說，相當(dāng)于不知道本次信號發(fā)生，信號丟失；（2）、如果進(jìn)程的未決信號中沒有相同信號，則在進(jìn)程中注冊自己）。?

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3、信號在進(jìn)程中的注銷。在目標(biāo)進(jìn)程執(zhí)行過程中，會檢測是否有信號等待處理（每次從系統(tǒng)空間返回到用戶空間時都做這樣的檢查）。如果存在未決信號等待處理且該信號沒有被進(jìn)程阻塞，則在運行相應(yīng)的信號處理函數(shù)前，進(jìn)程會把信號在未決信號鏈中占有的結(jié)構(gòu)卸掉。是否將信號從進(jìn)程未決信號集中刪除對于實時與非實時信號是不同的。對于非實時信號來說，由于在未決信號信息鏈中最多只占用一個sigqueue結(jié)構(gòu)，因此該結(jié)構(gòu)被釋放后，應(yīng)該把信號在進(jìn)程未決信號集中刪除（信號注銷完畢）；而對于實時信號來說，可能在未決信號信息鏈中占用多個sigqueue結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)該針對占用sigqueue結(jié)構(gòu)的數(shù)目區(qū)別對待：如果只占用一個sigqueue結(jié)構(gòu)（進(jìn)程只收到該信號一次），則應(yīng)該把信號在進(jìn)程的未決信號集中刪除（信號注銷完畢）。否則，不應(yīng)該在進(jìn)程的未決信號集中刪除該信號（信號注銷完畢）。?
進(jìn)程在執(zhí)行信號相應(yīng)處理函數(shù)之前，首先要把信號在進(jìn)程中注銷。

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4、信號生命終止。進(jìn)程注銷信號后，立即執(zhí)行相應(yīng)的信號處理函數(shù)，執(zhí)行完畢后，信號的本次發(fā)送對進(jìn)程的影響徹底結(jié)束。

注：?
1）信號注冊與否，與發(fā)送信號的函數(shù)（如kill()或sigqueue()等）以及信號安裝函數(shù)（signal()及sigaction()）無關(guān)，只與信號值有關(guān)（信號值小于SIGRTMIN的信號最多只注冊一次，信號值在SIGRTMIN及SIGRTMAX之間的信號，只要被進(jìn)程接收到就被注冊）。?
2）在信號被注銷到相應(yīng)的信號處理函數(shù)執(zhí)行完畢這段時間內(nèi)，如果進(jìn)程又收到同一信號多次，則對實時信號來說，每一次都會在進(jìn)程中注冊；而對于非實時信號來說，無論收到多少次信號，都會視為只收到一個信號，只在進(jìn)程中注冊一次。