Linux学习之系统编程5(信号）

写在前面：

我的Linux的学习之路非常坎坷。第一次学习Linux是在大一下的开学没多久，结果因为不会安装VMware就无疾而终了，可以说是没开始就失败了。第二次学习Linux是在大一下快放暑假（那个时候刚刚过完考试周），我没什么事做就又重拾Linux，不服输的我选择再战Linux，这一次学习还算顺利，虽然中间有些小插曲但是不影响整体学习进度， 我看着B站上的视频一点点学习Linux，基本上把Linux的基础指令学完了。学完之后我又遇到问题了，视频基本上到这就结束了，而我却不知道下一步该学什么，于是就没怎么碰Linux，结果没过多长时间我就把学的Linux指令忘的一干二净。现在是我第三次学习Linux，我决定重新开始学Linux，同时为了让自己学习的效果更好，我选择以写blog的形式逼迫自己每天把学习到的Linux知识整理下来。这也就是我写这个系列blog的原因。

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信号的相关的概念

信号的共性

• 简单
• 不能携带大量信息
• 满足条件才能 发送

信号的特质

信号是软件层面的“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，处理信号，处理结束后，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

信号的产生

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,setitimer,sleep
4. 硬件异常产生。如非法访问内存（段错误），内存对齐错误（总线错误）
5. 命令产生。如kill命令

信号的两种状态

• 未决：产生与递达之间的状态。
• 递决：产生并且送达到进程，直接被内核处理掉。

信号的处理方式

• 执行默认动作
• 忽略
• 捕捉（自定义）

信号屏蔽字和未决信号集

• 阻塞信号集（信号屏蔽字）：本质是位图。用来记录信号的屏蔽状态。一旦被屏蔽的信号，在解除屏蔽前，一直处于未决态。
• 未决信号集：本质是位图。用来记录信号的处理状态。该信号集中的信号，表示，已经产生，但尚未被处理。

信号四要素

• 编号
• 名称
• 对应事件
• 默认处理动作

信号使用之前，应先确定其4要素，而后再用！！！

常规信号

编号	名称	对应事件	默认处理动作
1	SIGHUP	本信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一session内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联。	挂断
2	SIGINT	在用户键入INTR字符(通常是Ctrl+C)时发出	通知前台进程组终止进程
3	SIGQUIT	由QUIT字符(通常是Ctrl+)来控制	进程在因收到SIGQUIT退出时会产生core文件, 在这个意义上类似于一个程序错误信号。
4	SIGILL	通常是因为可执行文件本身出现错误, 或者试图执行数据段. 堆栈溢出也有可能产生这个信号。	终止程序
5	SIGTRAP	由断点指令或其它陷阱（trap）指令产生
6	SIGABRT	调用abort函数生成的信号。
7	SIGBUS	访问非法地址	终止程序
8	SIGFPE	在发生致命的算术运算错误时发出	终止程序
9	SIGKILL	发现某个进程终止不了	立即结束程序的运行
10	SIGUSR1	留给用户自定义	留给用户自定义
11	SIGSEGV	试图访问未分配给自己的内存,或试图往没有写权限的内存地址写数据	终止程序
12	SIGUSR2	留给用户自定义	留给用户自定义
13	SIGPIPE	通常在进程间通信产生	终止程序
14	SIGALRM	时钟定时信号	终止程序
15	SIGTERM	程序结束(terminate)信号	终止程序
16	SIGCHLD	子进程（child）状态变化时, 父进程会收到这个信号	忽略
17	SIGCONT		让一个停止(stopped)的进程继续执行
18	SIGSTOP	需要暂停某一程序	暂停(stopped)进程的执行，注意它和terminate以及interrupt的区别:该进程还未结束
19	SIGTSTP	用户键入SUSP字符时(通常是Ctrl+Z)发出这个信号	终止程序
20	SIGTTIN	当后台作业要从用户终端读数据时, 该作业中的所有进程会收到SIGTTIN信号. 缺省时这些进程会停止执行.	终止程序
21	SIGTTOU	类似于SIGTTIN, 但在写终端(或修改终端模式)时收到	终止程序
22	SIGURG	有”紧急”数据或out-of-band数据到达socket时产生.	终止程序
23	SIGXCPU	超过CPU时间资源限制	终止程序
24	SIGXFSZ	当进程企图扩大文件以至于超过文件大小资源限制。	终止程序
25	SIGVTALRM	虚拟时钟信号	终止程序
26	SIGPROF	类似于SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括该进程用的CPU时间以及系统调用的时间.	终止程序
27	SIGWINCH	窗口大小改变时发出.	终止程序
28	SIGIO	文件描述符准备就绪, 可以开始进行输入/输出操作.	终止程序
29	SIGPWR	Power failure	终止程序
30	SIGSYS	非法的系统调用。	终止程序

由于初学，后面的一些信号我不敢保证正确性（后面的都是我查资料cv过来的，等我学明白之后我会来更新这个表格）
上面列出的信号中，程序不可捕捉，阻塞，忽略的是SIGKILL,SIGSTOP

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kill函数

int kill(pid_t pid, int signum

参数

• pid:
  • >0，发送信号给指定的进程
  • =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被设置。

举个栗子

我们写一个程序，用子进程调用kill杀死父进程
源代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

int main()
{
	pid_t pid;
	pid=fork();
	if(0==pid)
{
		printf("I am child,i will kill my parent\n");
		sleep(1);
		int res=kill(getppid(),SIGKILL);
		if(res==-1)
			perror("kill error");
	}
	else 
	{
		for(int i=0;;i++)	
			printf("%d-------I am parent, i will be killed by my child\n",i);
	}
	return 0;
}

效果：

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alarm函数

每个进程都有唯一的闹钟
unsigned int alarm(unsigned int seconds)

参数

• second，定时的秒数，单位是s

返回值

• 上次定时剩余的时间

取消闹钟

alarm(0);

举个栗子

我们使用alarm来计时，统计计算机一秒钟能打印多少。
源代码

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
	alarm(1);
	int i;
	for(i=0;;i++)
		printf("%d\n",i);
}

效果：

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setitimer函数

设置闹钟，可以替代alarm函数，精度微秒us，可以实现周期定时
int setitimer(int which,const struct itimerval * new_value,struct itimerval * old_val)

参数

• which:选择计时方式
  • ITIMER_REAL:采用自然计时。（一般用这个）——>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
• old_value:传出参数，上次定时剩余的时间.（如果不关心的话，可以直接传NULL)

返回值

• 成功，0
• 失败，-1，errno被设置

struct itimerval类型

struct itimerval
{
	struct timeval 
	{
		time_t tv_sec;			/*second*/
		suseconds_t tv_usec;	/*microsecond*/
	}it_interval;				/*用于设定两个任务之间的间隔时间*/
	struct timerval
	{
		time_t tv_sec;			/*second*/
		susecond_t tv_usec ;	/*microsecond*/
	}it_value;					/*第一次定时秒数*/
}

可以理解有两个定时器

• 一个用于第一个闹钟什么时候触发
• 第一个闹钟触发后间隔多少时间再次触发闹钟。

举个栗子

计数

功能和上面的alarm一样
源代码：

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>

int main()
{
	struct itimerval t;
	t.it_interval.tv_sec=0;
	t.it_interval.tv_usec=0;

	t.it_value.tv_sec=1;
	t.it_value.tv_usec=0;
	int res=setitimer(ITIMER_REAL,&t,NULL);
	for(int i=0;;i++)
		printf("%d\n",i);
	return 0;
}

效果：

向屏幕打印信息

源代码：

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>
#include<signal.h>

void fun(int signal)
{
	printf("hellow linux\n");
}

int main()
{
	signal(SIGALRM,fun);
	struct itimerval t;
	t.it_interval.tv_sec=2;
	t.it_interval.tv_usec=0;

	t.it_value.tv_sec=1;
	t.it_value.tv_usec=0;
	int res=setitimer(ITIMER_REAL,&t,NULL);
	while(1);
	return 0;
}

效果：

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信号集操作函数

• 信号集set函数
  • sigset_t set; ：自定义信号集（这是一种类型）
  • sigemptyset(sigset_t* set);：清空信号集，全部置为0
  • sigfillset(sigset_t * set);：填满信号集，全部置为1
  • sigaddset(sigset_t* set);：将指定信号添加到信号集中，即将指定信号置为1
  • sigdelset(sigset_t* set);：将指定信号移除信号集，即将指定信号置为0
  • sigismember(const sigset_t* set,int signum);：判断指定信号是否在集合中。在—>1,不在—>0.
• sigprocmask函数
  int sigprocmask(int how,const sigset_t * set,sigset* oldset);
  • how:
    • SIG_BLOCK:设置阻塞（位与）
    • SIG_UNBLOCK:取消阻塞（取反位与）
    • SIG_SETMASK:用自定义set填充mask （不推荐）
  • set:自定义的set\
  • oldset：旧有的mask（不用的话可以传NULL）
• sigpending函数
  int sigpending(sigset* set)
  读取未决信号集，参数是传出的未决信号集。

举个栗子

源代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void print_set(sigset_t* pset)
{
	for(int i=1;i<33;i++)
		if(sigismember(pset,i))
			printf("1");
		else 
			printf("0");
	printf("\n");
}

int main()
{
	sigset_t set,pset;
	sigemptyset(&set);
	sigaddset(&set,SIGINT);
	sigaddset(&set,SIGQUIT);
	sigaddset(&set,SIGKILL);
	sigaddset(&set,SIGHUP);
	sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL);
	while(1)
	{
		sigpending(&pset);
		print_set(&pset);
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

效果

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signal实现信号捕捉

注册一个信号捕捉函数，ANS设置，不同操作系统存在差异建议使用sigaction函数
sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler)

参数：

• signum :捕捉信号
• handler:捕捉信号后的操作函数

返回值

• 成功，返回操作函数的返回值
• 失败，返回SIG_ERR,errno被设置。

举个栗子

源代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void fun(int signal)
{
	printf("hellow linux,SIGQUIT has been not work\n");
}

int main()
{
	signal(SIGQUIT,fun);
	while(1);
}

效果：

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sigaction实现信号捕捉

注册一个信号捕捉函数
int sigaction(int signum,const struct sigaction * act,struct sigaction * oldact)

struct sigaction类型

struct sigaction {
	void     (*sa_handler)(int);		//操作函数名
	void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);		//一般不用管
	sigset_t   sa_mask;		//只作用于函数捕捉期间
	int        sa_flags;	//一般置为0，表示用默认的
	void     (*sa_restorer)(void);
};

举个栗子

源代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void fun(int signal)
{
	printf("catch you SIGQUIT\n");
}

int main()
{
	struct sigaction act;
	act.sa_handler=fun;
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	act.sa_flags=0;
	sigaction(SIGQUIT,&act,NULL);
	while(1);
}

效果：

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信号捕捉

信号捕捉的特性

• 捕捉函数执行期间，信号屏蔽字 由 mask --> sa_mask , 捕捉函数执行结束。 恢复回mask
• 捕捉函数执行期间，本信号自动被屏蔽(sa_flgs = 0).其他信号不屏蔽，如需屏蔽则调用sigsetadd函数修改
• 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！

内核实现信号捕捉简析

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综合练习

我们借助信号捕捉回收子进程
源代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>

void fun(int signal)
{
	while(waitpid(-1,NULL,0)!=-1)
		printf("wait successfully\n");

}

int main()
{
	int i;
	pid_t pid;
 	sigset_t set;
	sigemptyset(&set);
	sigaddset(&set,SIGCHLD);
	sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL);
	for(i=0;i<15;i++)
	{
		pid=fork();
		if(0==pid)
			break;
	}
	if(15==i)
	{
		struct sigaction act;
		act.sa_handler=fun;
		sigemptyset(&act.sa_mask);
//		sigdelset(&set,SIGCHLD);
		sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&set,NULL);
		act.sa_flags=0;
		sigaction(SIGCHLD,&act,NULL);
		printf("i am parent,i wait my all child\n");
		while(1);
	}
	else
	{
		printf("i am %dth child,i will be waited\n",i+1);
	}
	return 0;
}

效果：

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写在最后

个人亲身经验：我们学习的一系列Linux命令，一定要自己亲手去敲。不要只是看别人敲代码，不要只是停留在眼睛看，脑袋以为自己懂了，等你实际上手去敲会发现许许多多的这样那样的问题。正可谓“键盘敲烂，月薪过万”

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如果你觉得我写的题解还不错的，请各位王子公主移步到我的其他题解看看

1. 数据结构与算法部分（还在更新中）：

• C++ STL总结 - 基于算法竞赛（强力推荐）
• 动态规划——01背包问题
• 动态规划——完全背包问题
• 动态规划——多重背包问题
• 动态规划——分组背包问题
• 动态规划——最长上升子序列（LIS)
• 二叉树的中序遍历（三种方法）
• 最长回文子串
• 最短路算法——Dijkstra（C++实现）
• 最短路算法———Bellman_Ford算法（C++实现）
• 最短路算法———SPFA算法（C++实现）
• 最小生成树算法———prim算法（C++实现）
• 最小生成树算法———Kruskal算法（C++实现）
• 染色法判断二分图（C++实现）

2. Linux部分（还在更新中）：

• Linux学习之初识Linux
• Linux学习之命令行基础操作
• Linux学习之基础命令（适合小白）
• Linux学习之权限管理和用户管理
• Linux学习之制作静态库和动态库
• Linux学习之makefile
• Linux学习之系统编程1（关于读写系统函数）
• Linux学习之系统编程2（关于进程及其相关的函数）
• Linux学习之系统编程3（进程及wait函数）
• Linux学习之系统编程4(进程间通信）

?🎉总结

“种一颗树最好的是十年前,其次就是现在”
所以,
“让我们一起努力吧,去奔赴更高更远的山海”

如果有错误?,欢迎指正哟😋

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