Linux环境高级编程-第五讲信号_操作系统

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1. Linux环境高级编程
2. 第五讲信号
3. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数
4. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数
5. 信号的概念基本概念信号的产生信号的处理方式常见信号信号与文字说明的转换5
6. 信号的概念当某个程序长时间运行，如何中断它的执行，让其退出？示例5.8 Ctrl+c中断程序执行是如何中断程序执行的呢？6
7. 信号的概念信号是软件中断。例如，Ctrl + C，将产生SIGINT信号，中断程序执行它可以作为进程间通信的一种方式，但更主要的是，信号总是中断一个进程的正常运行，它更多地被用于处理一些非正常情况每个信号都有一个名字，以SIG开头。 SIGABRT：进程异常终止信号，abort产生 SIGALRM：闹钟信号，计时器超时后产生 Linux 2.4.22共有31种不同的信号查看头文件/usr/include/bits/signum.h7
8. 信号的产生很多条件可以产生一个信号当用户按某些终端键时，产生信号。例如在终端上按Ctrl+C键通常产生中断信号(SIGINT)。硬件异常产生信号：除数为0、无效的存储访问等等。这些条件通常由硬件检测到，并将其通知内核。然后内核为该条件发生时正在运行的进程产生适当的信号。进程用Kill函数可将信号发生给另一个进程或进程组；用户用Kill命令将信号（终止信号SIGTERM）发送给其他进程当检测到某种软件条件已经发生，并将其通知有关进程时产生信号。如SIGPIPE、SIGALRM 等等8
9. 信号的概念基本概念信号的产生信号的处理方式常见信号信号与文字说明的转换9
10. 进程对信号的处理方式进程对信号的处理方式可以有三种：忽略此信号。大多数信号都可使用这种方式进行处理，但有两种信号却不能被忽略。它们是：SIGKILL和SIGSTOP。这两种信号不能被忽略的原因时：它们向超级用户提供了一种使进程终止或停止的可靠方法；捕捉信号。为了做到这一点要通知内核在某种信号发生时，调用一个用户函数。在用户函数中，可执行用户希望对这种事件进行的处理。执行系统默认动作。对大多数信号的系统默认动作是终止该进程。10
11. 常见的信号SIGABRT 处理异常信号。当前进程调用abort后发送该信号； SIGALRM 报时时钟。当进程设置的时钟超时后，内核向进程发送一个时钟信号； SIGCHLD 子进程被终止或停止。每当子进程被终止或停止时，内核都会给父进程发送一个信号SIGCHLD，该信号表示的是一个子进程的消亡。 SIGHUP 挂起信号。当终端连接断开时，内核向所有依附在此控制终端上的进程发送此信号； SIGINT 中断信号。当用户按下中断键时，从内核向所有与终端会话有联系的进程发出信号。11
12. 常见的信号（续）SIGPIPE 写无接收方的管道或套接字信号。管道和套接字都是一种进程间通讯机制； SIGQUIT 退出信号。与SIGINT信号非常类似，当用户在终端上敲下退出键时，内核会发出这个信号。与SIGINT不同点在于，该信号会导致进程的异常终止。 SIGTTIN/SIGTTOU 后台进程读/写信号。每当一个后台进程试图从控制终端读入/写数据时就会产生此信号，此信号的默认动作是终止进程的运行。 SIGURG 高带宽数据通知信号。该信号通知进程，网络连接中出现了紧急情况或者带外数据； SIGUSR1和SIGUSR2 用户自定义信号。12
13. 信号的概念基本概念信号的产生信号的处理方式常见信号信号与文字说明的转换13
14. 信号值与文字说明的转换Linux提供了一个数组 extern char* sys_siglist[]; 数组的下标是信号的编号，给出的字符串指针指向相应信号的说明文字示例5.9 注意，有效的信号编号是从1到3114
15. psignal函数该函数类似于perror，根据信号值，输出相关的信息函数原型 #include void psignal(int signo, const char* msg); 该函数将字符串msg输出，后面接一个冒号和一个空格，再接着对该信号的说明，最后一个换行符示例（5.10）15
16. strsignal函数该函数类似于strerror函数，将信号值翻译成可读的字符串函数原型 #include char* strsignal(int signo); 参数：signo，即信号编号返回值：signo对应的说明文字在Solaris 9中，若信号编号无效，则返回NULL，在FreeBSD、Linux中，则返回字符串，说明信号不可识别示例（5.11）16
17. strsignal函数strsignal函数返回了一个字符串指针该指针指向的内存区域需要释放吗？该指针指向的内存区域可以被修改吗？若能修改，修改后，再调用strsignal函数会有什么结果？示例(5.12)17
18. strsignal函数为什么不需要释放内存？可以修改strsignal返回的指针，所对应的内存区域但是，再次调用strsignal后，并未修改成功为什么？18
19. strsignal函数查看源文件strsignal.c 实际上，对于有效的信号编号，若修改对应的内存区域，将段错误而对于实时信号和未知信号，则可以随意修改；但每次调用strsignal后，修改的内容都不存在，原因即strsignal内部通过重新分配buffer，填充信号说明导致19
20. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数
21. signal函数用于设置信号的处理方法函数原型 void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int); 返回类型与参数返回类型：void (*)(int) 第一个参数signo：信号名第二个参数func：类型void (*)(int) 21
22. signal函数说明： typedef void (*Sigfunc)(int); Sigfunc *signal(int, Sigfunc *); 第二个参数func SIG_IGN：内核忽略该信号（SIGKILL、SIGSTOP不能忽略） SIG_DFL：接收到信号signo后，按照系统默认动作处理用户自己提供的信号处理函数。当收到信号时，进程立即转移去执行信号处理函数返回值：成功，返回信号以前的处理方式出错，返回SIG_ERR #define SIG_ERR (void (*)())-1 #define SIG_DFL (void (*)()) 0 #define SIG_IGN (void (*)()) 1 22
23. signal函数程序演示（5.1后台启动） $kill -USR1 进程ID $kill -s 信号编号进程ID 23
24. signal函数当一个进程调用fork时，其子进程继承父进程的信号处理方式（处理函数地址在子进程有意义？）当执行一个程序时，所有信号的状态通常都是系统默认（除非调用exec的进程忽略某信号） exec函数将原先设置为要捕捉的信号，改为它们的默认动作（为什么？），其他信号的状态则不变24
25. signal函数例子（5.8）命令行中：cc main.c & 输入Ctrl+C，产生中断信号，为什么后台进程不退出？ Shell将后台进程对中断和退出信号的处理方式设置为忽略25
26. signal函数程序演示（5.2）（两个终端）父进程忽略信号父进程捕获信号26
27. signal的封装示例5.23 缺点： CSignalDispatcher权责不清需要显示调用signal，未封装SIGKILL和SIGSTOP的特殊性需要显示删除具体的信号处理对象27
28. signal函数获取当前信号处理方式 SigFunc *sig_int; sig_int = signal(SIGINT, SIG_IGN); signal(SIGINT, sig_int); 必须两次调用signal（两次改变信号处理方式），才能获取当前信号处理方式当改变信号处理方式之间，有信号达到，该如何？ 28
29. 问题？signal函数存在的问题－不可靠在早期的UNIX系统中（如SVR4中），进程每次处理信号时，随即将信号动作复位为默认动作。因此需要重复安装信号函数，例如： void sig_int( int signo ); … signal( SIGINT, sig_int ); … void sig_int( int signo ) { signal( SIGINT, sig_int ); … }29
30. signal函数存在的问题（续）上述解决方法存在的问题是：在信号发生之后到信号处理程序中调用signal函数之间有一个时间窗口。在此期间，可能发生另一次信号，而第二个信号有可能造成执行默认动作。（信号丢失，即不可靠）进程所能做的仅仅是捕捉或忽略信号，而不能让内核阻塞信号不要忽略信号但是在发生信号时，记住它，在进程做好准备的时候传递它30
31. 第二个问题的典型例子int sig_int_flag; int main(void) { void sig_int(); ... signal(SIGINT,sig_int); ... while(sig_int_flag == 0) pause(); ... } void sig_int() { signal(SIGINT,sig_int); sig_int_flag = 1; }问题：有可能在while检测变量之后，而在pause函数之前发生SIGINT信号，而且信号只发生此一次，由此，该程序将一直睡眠。这种情况导致程序在大多数时间能正确运行。假设在此处发生信号？31
32. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数
33. 不可靠信号与可靠信号不可靠信号:建立在早期机制上的信号。这些信号的值从1到31，已有预定义含义，如SIGINT 进程每次处理信号后,系统就将对信号的响应设置为默认动作(需两次调用signal)linux已解决信号可能丢失不可靠信号不支持排队（程序演示5.3，同一种信号，test后台启动）在信号处理函数执行过程中，到来的所有相同信号，都被合并为一个信号33
34. 不可靠信号与可靠信号可靠信号:后期引入的，其信号值从34到64 可靠信号支持排队，不会丢失（程序演示5.4，同一种信号，test后台启动）可靠信号也被称为实时信号不可靠信号被称为非实时信号信号：软中断（中断程序，执行信号处理程序）可靠信号与不可靠信号：在信号处理程序中，收到与正处理信号不同的信号时，会中断当前信号的处理，去执行新到信号的处理函数(示例5.13)34
35. 示例5.13的启示当正在处理可靠信号A时，若收到另一可靠信号B，则中断信号A的执行，转去执行信号B的处理；若此时又收到信号B，则该信号在B队列排队；若此时又收到信号A，则该信号在A队列排队若信号B处理完毕，则检查B队列中有无信号尚需处理，处理完毕后，再返回中断点执行35
36. 可靠信号与不可靠信号早期的信号安装和发送机制 signal kill 改进后的信号安装和发送机制 sigaction sigqueue 信号可靠与否，只与信号值有关，与采用何种信号安装、发送函数无关36
37. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数
38. 信号的发送接收机制kill函数、raise函数 alarm函数、pause函数 sleep函数及实现具有超时功能的API38
39. 信号的发送接收机制kill函数、raise函数 alarm函数、pause函数 sleep函数及实现具有超时功能的API39
40. kill函数该函数将信号发送给其他进程或者进程组函数原型 #include int kill(pid_t pid, int signo); 参数与返回值 signo：需要发送的信号编号 pid：发送的目的地成功返回0，出错返回-140
41. kill函数pid的取值 pid > 0：将信号发送给进程ID为pid的进程 pid == 0：将信号发送给起进程组ID等于发送进程的进程组ID，而且发送进程有许可权向其发送信号的所有进程 pid < 0 ：将信号发送给其进程组ID等于pid绝对值，而且发送进程有许可权向其发送信号的所有进程 pid == -1 将信号发送给除进程0以外的所有进程，但发送进程必须有许可权41
42. raise函数该函数将信号发送给自己函数原型 #include int raise(int signo); 参数与返回值 signo：需要发送的信号编号成功返回0，出错返回-142
43. 发送信号的权限有发送信号许可权的基本规则是：1）超级用户可以将信号发送给任意进程；2）发送者的实际或有效用户ID，必须等于接收者实际或有效用户ID；当signo为0时，则kill仍执行正常的错误检测，但不发送信号。这常被用来确定一个特定进程是否存在。如果向一个并不存在的进程发送空信号，则kill返回-1,errno则被设置为ESRCH。43
44. 信号的发送接收机制kill函数、raise函数 alarm函数、pause函数 sleep函数及实现具有超时功能的API44
45. alarm函数该函数用于设置一个计时器，在将来某个指定的时间，该计时器将超时，产生SIGALRM信号函数原型 #include unsigned int alarm(unsigned int seconds); 参数与返回值 seconds：经过seconds秒后，产生SIGALRM 返回0或以前设置的计时器时间的余留秒数45
46. alarm函数注意：每个进程只有一个计时器若在调用alarm时，以前已为该进程设置的计时器并未超时，则将该计时器的余留值作为本次alarm调用的值返回，以前登记的计时器，则被新计时器替代取消定时器若有以前为进城登记的尚未超时的计时器，而且本次调用seconds等于0，则取消计时器46
47. alarm函数是先调用alarm函数，再调用signal函数设置SIGALRM处理函数？还是先调用signal函数设置SIGALRM处理函数，再调用alarm函数？47
48. alarm函数使用示例（5.14）48
49. pause函数该函数使调用进程挂起，直到捕捉到一个信号函数原型 #include int pause(); 返回值只有执行了一个信号处理程序并从其返回时，pause才返回返回-1，errno被设置为EINTR49
50. 信号的发送接收机制kill函数、raise函数 alarm函数、pause函数 sleep函数及实现具有超时功能的API50
51. sleep函数该函数用于让调用进程挂起，直到已经过了指定的时间，或者调用进程捕捉到一个信号，并从信号处理程序返回函数原型 #include unsigned int sleep(unsigned int seconds);51
52. sleep函数返回值：若已经过了指定的时间，则返回0 若调用进程捕捉到一个信号，并从信号处理程序返回，则sleep提前返回，返回值是未睡够的秒数52
53. sleep函数的实现方式一： Solaris 9使用alarm实现sleep函数方式二： FreeBSD、Linux使用nanosleep提供时间延迟53
54. sleep的实现方式一static void sig_alrm(int signo) { return; //nothing to do, just return to wake up the pause } unsigned int sleep1(unsigned int nsecs) { if (signal(SIGALRM, sig_alrm) == SIG_ERR) return(nsecs); alarm(nsecs); /* start the timer */ pause(); //next caught signal wakes us up return( alarm(0) ); /turn off timer, return unslept time }There is a race condition54
55. sleep1函数上述实现存在如下问题：如果调用者此前曾设置了计时器，则它被sleep1函数中的第一次alarm调用擦去。（考虑解决方法）该程序中修改了对SIGALRM的配置。如果编写一个函数供其他函数调用，则在该函数调用时要保存原配置，并在返回前恢复原配置；在调用alarm和pause之间有一个竞争条件。（思考在什么情况下会发生？结果如何？）55
56. sleep1函数对于问题1 检查第一次调用alarm的返回值，若其小于本次调用alarm的参数值，则只应等到上次设置的计时器超时；若上次设置的计时器超时时间晚于本次设置值，则在sleep1函数返回前，复位此计时器，使其在上次计时器的设定时间再次发生超时 56
57. sleep1函数对于问题2 保存signal函数的返回值，在返回前复位原配置对于问题3 可以使用setjmp，或者 sigprocmask、sigsuspend sleep的早期实现，更正了问题1和问题257
58. sleep2函数static jmp_buf env_alrm; static void sig_alrm(int signo) { longjmp(env_alrm, 1); } unsigned int sleep2(unsigned int nsecs) { if (signal(SIGALRM, sig_alrm) == SIG_ERR) return(nsecs); if (setjmp(env_alrm) == 0) { alarm(nsecs); /* start the timer */ pause(); /* next caught signal wakes us up */ } return( alarm(0) ); /* turn off timer, return unslept time */ }58
59. sleep2函数这种实现解决了竞争条件，即使pause从未执行，在发生SIGALRM时，sleep2也会返回但却带来另一个难于察觉的问题：它涉及到与其他信号的相互作用。如果SIGALRM中断了某个其他信号处理程序，则调用longjmp会提早终止该信号处理程序下页PPT的例子59
60. unsigned int sleep2(unsigned int); static void sig_int(int); int main(void) { unsigned int unslept; if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR) err_sys("signal(SIGINT) error"); unslept = sleep2(5); printf("sleep2 returned: %u\n", unslept); exit(0); }static void sig_int(int signo) { int i; volatile int j; printf("\nsig_int starting\n"); for (i = 0; i < 2000000; i++) j += i * i; printf("sig_int finished\n"); return; }Example use of sleep260
61. sleep2函数上述程序运行后，立即键入Ctrl+c 程序输出 Sig_int strarting Sleep2 returned: 0 问题 SIGINT的处理并未结束61
62. sleep函数的实现方式一： Solaris 9使用alarm实现sleep函数方式二： FreeBSD、Linux使用nanosleep提供时间延迟62
63. sleep的实现方式二Linux中并未提供系统调用sleep，sleep是在库函数中实现的 nanosleep则是Linux的系统调用，提供高分辨率的时间延迟，该函数可以使sleep的实现与信号无关63
64. nanosleep函数该函数挂起调用者线程，直到超时或者接收到信号函数原型 #include int nanosleep(const struct timespec* rqtp struct timespec* rmtp)；64
65. nanosleep函数timespec结构体 struct timespec { time_t tv_sec; //秒数 long tv_nsec; //纳秒数 };65
66. nanosleep函数int nanosleep(const struct timespec* rqtp struct timespec* rmtp)；参数与返回值 rqtp：指定需要等待的时间，秒数和纳秒数 rmtp：当nanosleep返回时，在rmtp指定的结构体中存储距离超时的时间；若不关心该时间，可设为NULL 返回值：超时返回0，被信号中断，则返回-1 示例5.15 66
67. sleep函数实现的问题使用alarm实现的sleep函数，与alarm函数之间存在交互的可能例如：首先调用alarm(10) 过了3秒，又调用了sleep(5) Sleep将在5秒后返回，但是否在2秒后又产生一个SIGALRM信号呢？ POSIX.1标准未对这些交互做任何说明，因此，考虑到移植性，不应对sleep的实现做任何假设67
68. 信号的发送接收机制kill函数、raise函数 alarm函数、pause函数 sleep函数及实现具有超时功能的API68
69. 中断的系统调用早期的UNIX系统的一个特性是如果进程在执行一个低速的系统调用（究竟什么是系统调用？与一般函数调用有何区别？）期间，捕捉到了一个信号，则该系统调用就被中断不再继续执行该系统调用返回出错，errno被设置为EINTR 这样做的理由：进程可能被这些低速系统调用永远阻塞，例如读网络 69
70. 低速系统调用常见的低速系统调用包括读写（read、write）管道、终端设备、网络打开（open）终端设备等 pause、wait函数某些ioctl操作某些进程间通信函数注意：磁盘I/O并不属于这类低速系统调用。因为只要不是硬件错误，I/O操作总会返回。70
71. 被中断的系统调用的处理被中断的系统调用，必须显式地处理出错返回，典型的代码： Again: if((n=read(fd, buf, BUFFSIZE)) < 0) { if(errno == EINTR) goto Again; ………………. }71
72. 中断的系统调用4.2BSD引入了被中断的系统调用的自动重启动不同的系统对自动重启动设置不一示例5.16 函数系统是否自动重启？signalsolaris绝不4.2BSD总是Linux默认sigactionPOSIX.1未说明Linux可选72
73. 带超时功能的read函数73
74. 带超时功能的read函数上述程序从标准输入读一行，然后将其写到标准输出上存在的两个问题第一次alarm调用和read调用之间存在竞争关系，即在调用read前，alarm超时已经发生在Linux中，通过signal注册的信号处理机制，被信号中断的系统调用是可以自动重启动的。这种情况下，SIGALRM信号对read的时间限制无作用74
75. 带超时功能的read函数75
76. 带超时功能的read函数上述方案存在的问题它涉及到与其他信号的相互作用。如果SIGALRM中断了某个其他信号处理程序，则调用longjmp会提早终止该信号处理程序76
77. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数
78. 信号集和可靠信号机制基本概念信号集及基本操作 sigprocmask函数，sigpending函数 sigaction函数 sigsuspend函数可重入函数和线程安全的函数78
79. 可靠信号信号未决（pending）：在信号产生和递送之间的时间间隔；进程可以选用“信号递送阻塞”。如果为进程产生了一个选择为阻塞的信号，而且对该信号的动作是系统默认动作或捕捉该信号，则该信号保持未决状态，直到下述条件之一发生：对此信号解除了阻塞；或者将对此信号的动作更改为忽略。当递送一个原来被阻塞的信号给进程时，才决定其处理方式。即进程在信号递送之前仍可改变对它的动作。每个进程都有一个信号屏蔽字，它规定了当前要阻塞递送到该进程的信号集。79
80. 信号集信号集：能表示多个信号的数据类型，即信号的集合例如：信号屏蔽字使用的就是信号集信号集的类型即 sigset_t 在signal.h中， typedef __sigset_t sigset_t;80
81. 信号集在bits/sigset.h中 #define _SIGSET_NWORDS \ (1024 / (8 * sizeof(unsigned long int))) typedef struct { unsigned long int __val[_SIGSET_NWORDS]; }__sigset_t; sigset_t 是32个4字节81
82. 信号集的处理函数与信号集相关的函数有： int sigemptyset( sigset_t *set ); int sigfillset( sigset_t *set ); int sigaddset( sigset_t *set, int signo); int sigdelset( sigset_t *set, int signo); 以上四个函数成功返回0，出错返回-1 int sigismember(const sigset_t *set, int signo); 若真返回1，若假返回0，出错返回-182
83. sigemptyset函数int sigemptyset( sigset_t *set ); 该函数初始化由set指向的信号集，并清除其中的所有信号实现（bits/sigset.h）中的关键代码片断 #define __sigemptyset(set) \ int _cnt = _SIGSET_NWORDS; \ sigset_t *_set = (set); \ while (--_cnt >= 0) _set->__val[_cnt] = 0;83
84. sigfillset函数int sigfillset( sigset_t *set ); 该函数初始化由set指向的信号集，使其包括所有信号实现（bits/sigset.h）中的关键代码片断 #define __sigfillset(set) \ int _cnt = _SIGSET_NWORDS; \ sigset_t *_set = (set); \ while (--_cnt >= 0) _set->__val[_cnt] = ~0UL; 84
85. sigaddset函数int sigaddset( sigset_t *set, int signo); 该函数将一个信号添加到set中查看bits/sigset.h中的108到120行实现中的关键代码翻译 int __sigaddset(__sigset_t *__set, int __sig){ unsigned int __mask = 1 << ((__sig-1)%32); unsigned int __word = (__sig-1)/32; __set->__val[__word] |= __mask; ………………….. } 85
86. sigaddset函数在sigset_t结构体中，第一个32比特，对应信号1到31，第二个32比特，对应可靠信号34到64 这一点与教材描述的结构不同示例5.17 在gdb中，使用“x /12tb &st”查看地址空间。86
87. sigdelset函数int sigdelset( sigset_t *set, int signo); 该函数从set中删除信号signo 查看bits/sigset.h中的108到120行实现中的关键代码翻译 int __sigdelset(__sigset_t *__set, int __sig){ unsigned int __mask = 1 << ((__sig-1)%32); unsigned int __word = (__sig-1)/32; __set->__val[__word] &= ~__mask; ………………….. } 87
88. sigismember函数int sigismember(const sigset_t *set, int signo); 该函数判断信号signo是否在set中查看bits/sigset.h中的108到120行实现中的关键代码翻译 int __sigismember(__const __sigset_t *__set, int __sig){ unsigned int __mask = 1 << ((__sig-1)%32); unsigned int __word = (__sig-1)/32; (__set->__val[__word] & __mask) ? 1 : 0, ………………….. } 88
89. 信号集和可靠信号机制基本概念信号集及基本操作 sigprocmask函数，sigpending函数 sigaction函数 sigsuspend函数可重入函数和线程安全的函数89
90. 信号阻塞当程序执行敏感任务时（比如更新数据库），不希望外界信号中断程序的运行。在这个阶段并不是简单地忽略信号，而是阻塞这些信号，当进程处理完关键任务后，还会处理这些信号。 sigprocmask函数可以检测或更改进程的信号屏蔽字90
91. sigprocmask函数该函数检测或更改进程需要阻塞的信号集合，或者同时执行这两个操作函数原型 #include int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); 返回值成功返回0 出错返回-191
92. sigprocmask函数参数 oset：进程的当前信号屏蔽字通过oset返回，若不关心当前信号屏蔽字，可以设为NULL 若set不为NULL，则若how=SIG_BLOCK，则进程新的信号屏蔽字是当前信号屏蔽字和set指向信号集的并集，set包含了希望阻塞的附加信号若how=SIG_UNBLOCK，则进程新的信号屏蔽字是当前信号屏蔽字和set指向信号集补集的交集，set包含了希望解除阻塞的信号若how=SIG_SETMASK，则进程新的信号屏蔽字将被set指向的信号集的值代替92
93. sigprocmask函数参数若set为NULL，how也无意义调用sigprocmask后，如果有任何未决的、不再阻塞的信号，则在sigprocmask返回前，至少会将其中一个信号递送给该进程。该函数仅为单线程的进程定义的，对于多线程的进程，有另一套函数示例5.1893
94. sigpending函数该函数返回一个信号集，其中的各个信号对于调用进程是阻塞的而不能递送，因而也一定是当前未决的函数原型 #include int sigpending ( sigset_t *set ); 参数与返回值 set：sigpending函数填充该结构体，返回未决信号成功返回0，出错返回-1 程序演示(5.5)94
95. sigprocmask if (sigismember(&pendmask, SIGQUIT)) { cout << "SIGQUIT pending" << endl; } if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0) { cout << "SIG_SETMASK error" << endl; return 0; } cout << "SIGQUIT unblocked" << endl; pause();能否使用： SIG_UNBLOCK95
96. 信号集和可靠信号机制基本概念信号集及基本操作 sigprocmask函数，sigpending函数 sigaction函数 sigsuspend函数可重入函数和线程安全的函数96
97. sigaction函数该函数用于替换signal函数，即可以检查、修改信号的处理动作函数原型 #include int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact); 返回值成功返回0，出错返回-197
98. sigaction函数int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact); 参数 signo：指定需要处理的特定信号。应该在该信号收到之前调用sigaction。除了SIGSTOP和SIGKILL之外，可以把signo设为任何类型的信号若act非空，则要修改信号的处理动作若oact非空，则系统经由oact指针返回该信号的上一个动作 act、oact可以为空98
99. sigaction结构体struct sigaction { void (*sa_handler)(int); sigset_t sa_mask; int sa_flags; void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); }; sa_handler用于设置信号处理函数的地址，或SIG_IGN、SIG_DFL sa_mask说明了一个信号集，在调用该信号处理函数之前，这一信号集要附加到进程的信号屏蔽字中；仅当从信号处理函数返回时，再将进程的信号屏蔽字复原在信号处理函数被调用时，操作系统建立的新信号屏蔽字包括了正在被处理的信号。因此，保证了在处理一个给定信号时，同种信号会被阻塞（可靠信号与不可靠信号）99
100. 设置信号处理动作：sigactionsa_flags成员用来改变signo信号的行为属性。sa_flags的若干值可以用或运算组合。比如把sa_flags设为SA_RESETHAND，使得在执行该信号处理函数时，信号处理函数重新设为SIG_DFL。把sa_flags设为SA_RESTART，则如果该信号中断了系统调用，在处理完信号处理程序后，重新启动该系统调用。100
101. Linux中常用的sa_flags值SA_INTERRUPT（0x20000000）由此信号中断的系统调用不会自动重启（示例5.19） SA_NOCLDSTOP（1）若signo是SIGCHLD，当子进程停止时，不产生此信号，但当其终止时，仍旧产生 SA_NOCLDWAIT（2）若signo是SIGCHLD，则当调用进程的子进程终止时，不创建僵死进程；若调用进程在后面调用了wait，则调用进程阻塞，直到其所有子进程都终止，此时返回-1，并将errno设置为ECHILD （示例5.20）101
102. Linux中常用的sa_flags值SA_NODEFER（0x40000000）在捕捉到此信号时，在执行其信号捕捉函数时，系统不自动阻塞此信号除非sa_mask包括了此信号此种类型的操作对应于早期的不可靠信号 SA_RESETHAND（0x80000000）在执行该信号处理函数时，信号处理函数重新设为SIG_DFL，并清除SA_SIGINFO标志102
103. Linux中常用的sa_flags值SA_RESTART（0x10000000）由此信号中断的系统调用会自动重启动 SA_SIGINFO（4）此选项对信号处理函数提供了附加信息：一个指向siginfo结构的指针以及一个指向进程上下文标识符的指针103
104. sigaction结构体struct sigaction { void (*sa_handler)(int); sigset_t sa_mask; int sa_flags; void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); }; sa_sigaction字段：用于设置一个替代的信号处理函数若sa_flag指定了SA_SIGINFO标志，则使用由sa_sigaction字段指定的信号处理函数，而不是由sa_handler指定的信号处理函数注意sa_sigaction和sa_handler可能使用同一个存储区域，因此只能使用其中之一104
105. 信号处理函数原来的信号处理函数原型： void handler(int signo); 现在的信号处理函数原型： void handler(int signo, siginfo_t *info, void *context); 查看siginfo_t结构（程序5.6） Context：可以转换为ucontext_t类型指针，用于标识信号传递时进程的上下文105
106. sigqueue函数用于向进程发送一个带参数的信号函数原型： int sigqueue(pid_t pid, int signo, const union sigval val); val: typedef union sigval { int sival_int; //该值可以传递给信号处理函数 void *sival_ptr; }sigval_t106
107. 信号处理函数void handler(int signo, siginfo_t *info, void *context) { cout << info->si_value.sival_int << endl; } 程序演示5.7107
108. 信号集和可靠信号机制基本概念信号集及基本操作 sigprocmask函数，sigpending函数 sigaction函数 sigsuspend函数可重入函数和线程安全的函数108
109. 保护一段代码使其不被某种信号中断信号首先被阻塞，若在此处被处理，pause可能永远睡眠109
110. sigsuspend函数针对上述问题，需要在一个原子操作中先恢复信号屏蔽字，然后使进程休眠；该功能可由sigsuspend函数实现。函数原型 #include int sigsuspend(const sigset_t *sigmask); 将进程的信号屏蔽字设为sigmask指向的值，在捕捉到一个信号之前，该进程挂起；从一个信号处理函数返回后，sigsuspend返回，并将信号屏蔽字恢复为调用sigsuspend之前的值；函数总是返回-1，errno设置为EINTR110
111. sigsuspend函数该函数可以用于保护临界区代码，使其不被指定的信号中断。该函数也可以用于等待一个信号处理程序设置一个全局变量111
112. sigsuspend保护临界区代码#include #include #include static void sig_int(int); int main(void) { sigset_t newmask, oldmask, zeromask; if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR) err_sys("signal(SIGINT) error"); sigemptyset(&zeromask); sigemptyset(&newmask); sigaddset(&newmask, SIGINT); if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0) err_sys("SIG_BLOCK error");112
113. /* critical region of code */ pr_mask("in critical region: "); /* allow all signals and pause */ if (sigsuspend(&zeromask) != -1) err_sys("sigsuspend error"); pr_mask("after return from sigsuspend: "); /* reset signal mask which unblocks SIGINT */ if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0) err_sys("SIG_SETMASK error"); /* and continue processing ... */ exit(0); } static void sig_int(int signo) { pr_mask("\nin sig_int: "); return; }113
114. volatile sig_atomic_t quitflag; /* set nonzero by signal handler */ int main(void) { void sig_int(int); sigset_t newmask, oldmask, zeromask; if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR) err_sys("signal(SIGINT) error"); if (signal(SIGQUIT, sig_int) == SIG_ERR) err_sys("signal(SIGQUIT) error"); sigemptyset(&zeromask); sigemptyset(&newmask); sigaddset(&newmask, SIGQUIT); pr_mask("Before Sigprocmask:");sigsuspend: wait for global variable114
115. /* block SIGQUIT and save current signal mask */ if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0) err_sys("SIG_BLOCK error"); pr_mask("Before critical code:"); while (quitflag == 0) sigsuspend(&zeromask); pr_mask("After critical code:"); /* SIGQUIT has been caught and is now blocked; do whatever */ quitflag = 0; /* reset signal mask which unblocks SIGQUIT */ if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0) err_sys("SIG_SETMASK error"); pr_mask("After Sigprocmask:"); exit(0); }115
116. void sig_int(int signo) { if(signo == SIGINT) printf(…..); else quitflag = 1; }116
117. sleep的可靠实现（三）static void sig_alrm(void) { return; /* nothing to do, just returning wakes up sigsuspend() */ } unsigned int sleep(unsigned int nsecs) { struct sigaction newact, oldact; sigset_t newmask, oldmask, suspmask; unsigned int unslept; newact.sa_handler = sig_alrm; sigemptyset(&newact.sa_mask); newact.sa_flags = 0;这个程序涉及到信号处理的方方面面，希望大家认真阅读。117
118. sigaction(SIGALRM, &newact, &oldact); /* set our handler, save previous information */ sigemptyset(&newmask); sigaddset(&newmask, SIGALRM); /* block SIGALRM and save current signal mask */ sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask); alarm(nsecs); suspmask = oldmask; sigdelset(&suspmask, SIGALRM); /* make sure SIGALRM isn't blocked */ sigsuspend(&suspmask); /* wait for any signal to be caught */ /* some signal has been caught, SIGALRM is now blocked */118
119. unslept = alarm(0); sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL /* reset signal mask, which unblocks SIGALRM */ sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL); return(unslept); }119
120. 信号集和可靠信号机制基本概念信号集及基本操作 sigprocmask函数，sigpending函数 sigaction函数 sigsuspend函数可重入函数和线程安全的函数120
121. 可重入函数进程捕捉到信号并对其进行处理时，进程正在执行的指令序列就被信号处理函数临时中断从信号处理函数返回后，则继续执行被中断的正常指令序列假设进程正在调用malloc函数，信号将其中断，信号处理函数中也调用malloc函数，会有什么问题？121
122. 可重入函数可重入函数是指：某个函数被信号中断执行，信号处理函数中又调用了该函数，而不会带来任何问题的函数不可重入的原因使用静态的数据结构调用malloc或free 标准I/O函数，例如printf等122
123. 可重入函数每个线程只有一个errno。当信号处理函数调用某个API后，errno可能被重新设置这样，被信号中断的程序将看到被修改后的errno，而不是原来的值所以，信号处理函数中，需要首先保存errno，在信号处理函数返回前，恢复errno123
124. 线程安全的函数对于同一个函数，若两个或两个以上的线程同时执行，均得到正确的结果，则称该函数是线程安全的函数可重入的函数一定是线程安全的函数？线程安全的函数，不一定是可重入的？例如：互斥变量保护的临界区例如malloc函数124
125. 信号集和可靠信号机制基本概念信号集及基本操作 sigprocmask函数，sigpending函数 sigaction函数 sigsuspend函数可重入函数和线程安全的函数125
126. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数
127. sigsetjmp和siglongjmp函数P57在分析sleep2时，使用到了setjmp和longjmp 在信号处理中，当捕捉到信号并进入信号处理函数时，当前信号被自动加入到进程的信号屏蔽字中当退出信号处理函数时，当前信号又会从进程信号屏蔽字中删除当使用longjmp跳出信号处理函数时，信号屏蔽字会有何改动？（示例5.21）127
128. sigsetjmp和siglongjmp函数从示例5.21可知，longjmp并未恢复进程的信号屏蔽字 POSIX.1定义了sigsetjmp和siglongjmp，以解决上述问题。调用sigsetjmp时，除了保存上下文外，还将保存当前的信号屏蔽字调用siglongjmp执行跳转后，将恢复调用sigsetjmp时的信号屏蔽字128
129. sigsetjmp和siglongjmp函数函数原型 #include int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savemask); 参数和返回值若savemask非0，则sigsetjmp在env中保存进程的当前信号屏蔽字返回值：若直接调用则返回0，若从siglongjmp调用返回则返回siglongjmp的第二个参数129
130. sigsetjmp和siglongjmp函数函数原型 #include void siglongjmp(sigjmp_buf env, int val); 参数 val作为sigsetjmp的返回值130
131. static void sig_usr1(int), sig_alrm(int); static sigjmp_buf jmpbuf; static volatile sig_atomic_t canjump; int main(void) { if (signal(SIGUSR1, sig_usr1) == SIG_ERR) err_sys("signal(SIGUSR1) error"); if (signal(SIGALRM, sig_alrm) == SIG_ERR) err_sys("signal(SIGALRM) error"); pr_mask("starting main: "); /* {Prog prmask} 10.10*/ if (sigsetjmp(jmpbuf, 1)) { pr_mask("ending main: "); exit(0); } canjump = 1; /* now sigsetjmp() is OK */ for ( ; ; ) pause(); }131
132. static void sig_usr1(int signo) { time_t starttime; if (canjump == 0) return; /* unexpected signal, ignore */ pr_mask("starting sig_usr1: "); alarm(3); /* SIGALRM in 3 seconds */ starttime = time(NULL); for ( ; ; ) /* busy wait for 5 seconds */ if (time(NULL) > starttime + 5) break; pr_mask("finishing sig_usr1: "); canjump = 0; siglongjmp(jmpbuf, 1); /* jump back to main, don't return */ …… }保护机制132
133. static void sig_alrm(int signo) { pr_mask("in sig_alrm: "); return; } 133
134. 执行序列mainsignal() signal() pr_mask() sigsetjmp() pause()sig_usr1递送SIGUSR1pr_mask() alarm() time() time()sig_alrmpr_mask() return()递送SIGALRM从信号处理程序返回pr_mask() siglongjmp()sigsetjmp() pr_mask() exit()134
135. If we take sigsetjmp with non-zero value for parameter savesigs135
136. If we take sigsetjmp with zero value for parameter savesigs136
137. 示例程序－几点注意该程序演示两种信号特性：当执行信号处理程序时，自动阻塞该信号；信号能嵌套发生。 sigsetjmp和siglongjmp的联合使用方式； sigsetjmp和siglongjmp联合使用必须要有保护机制，即程序中的canjmp变量的判断；保护变量定义为sig_atomic_t是为了保证在写该变量时不会被中断。137
138. 示例程序示例程序中，信号有可能中断sigsetjmp的调用，即jmpbuf并未正确地保存现场；这样在信号处理函数中，调用siglongjmp将可能出错针对这种情况，引入了canjump变量。只有当canjump变量被设为1后，信号处理函数才能调用siglongjmp138
139. 示例程序主程序中设置canjmp时，会被信号中断，信号处理函数读canjmp，而引起错误吗？ canjmp的类型是sig_atomic_t，在写这种类型的变量时，不会被中断在具有虚拟存储器的系统上，这种变量不会垮页可以用一条机器指令对其进行访问为什么又使用volatile？139
140. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数
141. abort函数该函数可以使异常程序终止函数原型 #include void abort(); 此函数将SIGABRT信号发送给调用进程 ISO C要求若捕捉到此信号而且相应信号处理程序返回，abort仍不会返回到其调用者（示例5.22）141
142. abort函数POSIX.1说明了abort并不理会进程对SIGABRT的阻塞和忽略让进程捕捉该信号的意图在进程终止前由其执行所需的清理操作若信号处理函数不终止自己，abort终止该进程 142
143. 第五讲信号信号的概念 signal函数不可靠信号与可靠信号信号的发送接收机制信号集与可靠信号机制 sigsetjmp和siglongjmp函数 abort函数

Linux环境高级编程-第五讲信号

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