kill -l
1-31是普通信号,34-64是实时信号
每一个信号都有一个编号和一个宏定义名称。
handler函数。
#include<iostream>
using namespace std;
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>
void myhandler(int signo)
{
cout<<"process get a signal:"<<signo<<endl;
}
int main()
{
signal(2,myhandler);
while(true)
{
cout<<"i am a happy process:"<<getpid()<<endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
比如上面的ctrl + c 就给进程发送了2号信号SIGINT。而ctrl + \可以给进程发送3号信号SIGQUIT。
通过按键组合的方式来给进程发送信号。
kill 系统调用,作用:给当进程为pid的进程发送信号
参数:pid:进程pid
sig:几号信号
返回值:成功返回0,失败返回-1
作用:给进程pid发送sig信号
mykill.cc
#include<iostream>
using namespace std;
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<string.h>
int main(int argc,char* argv[])
{
kill(atoi(argv[1]),atoi(argv[2]));
return 0;
}
myproc.cc
#include<iostream>
using namespace std;
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
int main()
{
while(true)
{
cout<<"i am p process pid:"<<getpid()<<endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
现象:
#include<iostream>
using namespace std;
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
int main()
{
int cnt=5;
while(true)
{
if(cnt==0)
{
raise(2);
}
cout<<"i am p process pid:"<<getpid()<<endl;
sleep(1);
cnt--;
}
return 0;
}
#include<iostream>
using namespace std;
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int cnt=5;
while(true)
{
if(cnt==0)
{
//raise(2);
abort();
}
cout<<"i am p process pid:"<<getpid()<<endl;
sleep(1);
cnt--;
}
return 0;
}
这里也有一个函数alarm,相当于设置一个闹钟,告诉内核多少秒后,发送一个SIGALRM信号给当前进程。
#include<iostream>
using namespace std;
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>
void myhandler(int signo)
{
cout<<"process get a signal:"<<signo<<endl;
}
int main()
{
alarm(5);
while(true)
{
cout<<"i am a happy process:"<<getpid()<<endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
硬件异常产生信号就是硬件发现进程的某种异常,而硬件是被操作系统管理。硬件会将异常通知给系统,系统就会向当前进程发送适当的信号。
例如:野指针的情况、除0问题
#include<iostream>
using namespace std;
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>
void myhandler(int signo)
{
cout<<"process get a signal:"<<signo<<endl;
}
int main()
{
signal(11,myhandler);
int* ptr;
cout<<*ptr<<endl;
return 0;
}
原因:由于p是野指针,p指针变量里保存的是随机值,进程执行到野指针这一行。进程在页表中找映射的物理内存时,硬件mmu会发现该虚拟地址是一个 野指针,会产生异常,由于操作系统管理硬件,硬件会将异常发送给系统。系统会发送适当的信号给当前进程。
上面代码有野指针,系统会发送11号信号给进程。但是在循环里面并没有野指针,但是发现一直在打印,说明系统一直在往进程发送11号信号,这是因为硬件异常并没有消除。
只能向进程发送终止信号,终止进程才能结束。
总结
信号是由OS发出来的,上面的五种产生情况,是操作系统发出信号的触发条件。
上面所有信号的产生都会需要操作系统的参与,为什么?
因为操作系统是进程的管理者,只有操作系统能管理进程。
信号处理是什么时候被处理的?
在合适的时候处理,并不是信号来了就处理。所以需要记录下来。
OS怎么向进程发送信号?
普通信号有31个,进程PCB中有一个数据结构,是位图(只需要一个整数即可)。来记录当前进程是否收到对应位置的信号,OS向进程发送信号时,将对应位置置1即可。
实时信号是由链表构成的,一个时间可以收到多个信号,不会丢失。
上面提到了三张表,那作为用户想要拿到表里面的内容是不能直接拿到的。需要通过一些接口还有输出型参数才能拿到。而这个输出型参数的类型就是sigset_t。
sigset_t被称为信号集,这个类型可以表示每个信号的"有效"或"无效"状态
#include <signal.h>
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);
作用:sigprocmask()函数可用于读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
参数:
int sigpending(sigset_t *set);
作用:sigpending()函数用于读取进程的未决信号集
sigpending()函数读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。该函数调用成功返回0,出错返回-1
mysignal.cc
#include<iostream>
using namespace std;
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void PrintPending(sigset_t& pending)
{
for(size_t i=31;i>=1;i--)
{
if(sigismember(&pending,i)) cout<<"1";
else cout<<"0";
}
cout<<"\n\n";
}
void handler(int signo)
{
cout<<"catch a singal:"<<signo<<endl;
}
int main()
{
//对2号信号进行捕捉
signal(2,handler);
sigset_t bset,oset;
sigemptyset(&bset);
sigemptyset(&oset);
sigfillset(&bset);
sigfillset(&oset);
//1.将2号信号进行屏蔽
sigaddset(&bset,2);
//1.2调用系统调用,将数据设置系统内核
sigprocmask(SIG_SETMASK,&bset,&oset);//将bset设置系统内核,在将系统内核原始的带回oset
//2.打印pengding
int cnt=15;
while(true)
{
//15秒后解除阻塞
if(cnt==0)
{
sigprocmask(SIG_SETMASK,&oset,nullptr);
}
sigset_t pending;
sigpending(&pending);
PrintPending(pending);
sleep(1);
cnt--;
}
return 0;
}
现象:
进程收到信号之后,并不是立即处理信号,而是在合适的时候进行处理。"合适的时候"就是指,从内核态切换回用户态的时候。
当我们的进程从内核态返回用户态的时候,进行信号的检测和处理。
内核态通常用来执行操作系统的代码,是一种权限非常高的状态
用户态是一种用来执行普通用户代码的状态,是一种受监管的普通状态
从用户态切换为内核态:
需要进行系统调用时
当前进程的时间片到了,导致进程切换
产生异常、中断、陷阱等
从内核态切换为用户态:
由用户态切换为内核态被称之为陷入内核。每当需要陷入内核时,本质上是因为需要执行操作系统的代码。比如系统调用函数是由操作系统实现的,要进行系统调用就必须先由用户态切换为内核态
每个进程都有自己的进程地址空间,该进程地址空间由内核空间和用户空间组成:
用户所写的代码和数据位于用户空间,通过用户级页表与物理内存之间建立映射关系
内核空间存储的实际上是操作系统代码和数据,通过内核级页表与物理内存之间建立映射关系
内核级页表是一个全局的页表,它用来维护操作系统的代码与进程之间的关系。在每个进程的进程地址空间中,用户空间是属于当前进程的,每个进程看到的代码和数据是完全不同的,但内核空间所存放的都是操作系统的代码和数据,所有进程看到的都是一样的内容
流程图:
简化图:
该图形与直线有几个交点就代表在这期间有几次状态切换,而箭头的方向就代表着此次状态切换的方向,图形中间的圆点就代表着检查pending表。
捕捉信号除了使用signal()函数外,还可以使用sigaction()函数
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
sigaction()函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作,该函数调用成功返回0,出错返回-1
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_handler
sa_sigaction
sa_sigaction是实时信号的处理函数
sa_mask
当某个信号的处理函数被调用,内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字,这样就保证了在处理某个信号时,若这种信号再次产生,那么它会被阻塞到当前处理结束为止。
若在调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还希望屏蔽另外一些信号,则用sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号,当信号处理函数返回时,会自动恢复成原来的信号屏蔽字。
sa_flags
sa_flags字段包含一些选项,这里直接将sa_flags设置为0即可
sa_restorer
暂时不使用该参数
我们都知道链表在进行头插的时候需要两个步骤。步骤1,将需要头插的结点的next指向head。步骤2,head更新。
假设在执行完步骤1后突然来了一个信号并进行信号捕捉,对信号的处理方法是再进行头插node2。再头插完node2后回来执行步骤2就会出现下面的状况。
insert函数访问一个全局链表,有可能因为重入而造成错乱,这样的函数被称之为不可重入函数;反之,若一个函数只访问自己的局部变量或参数,则称之为可重入函数
一个函数符合以下条件之一就一定是不可重入的:
调用了malloc或free,因为malloc也是用全局链表来管理堆的
调用了标准I/O库函数,因为标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构
代码:
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int flag = 0;
void handler(int sig)
{
printf("chage flag 0 to 1\n");
flag = 1;
}
int main()
{
signal(2, handler);
while(!flag);//在优化的条件下,flag可能会被优化到cpu内的寄存器中
printf("process quit normal\n");
return 0;
}
优化情况下,键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉,执行自定义动作,修改 flag=1 ,但是 while 条件依旧满足,进程继续运行!但是很明显flag肯定已经被修改了,但是为何循环依旧执行?很明显, while 循环检查的flag,并不是内存中最新的flag,这就存在了数据二异性的问题。 while 检测的flag其实已经因为优化,被放在了CPU寄存器当中。如何解决呢?很明显需要 volatile
volatile 作用:保持内存的可见性,告知编译器,被该关键字修饰的变量,不允许被优化,对该变量的任何操作,都必须在真实的内存中进行操作
其实,子进程在终止时操作系统会给父进程发生SIGCHLD信号,该信号的默认处理动作是忽略,父进程可以自定义SIGCHLD信号的处理动作,这样父进程就只需专心处理自己的工作,不必关心子进程了,子进程终止时会通知父进程,父进程在信号处理函数中调用wait或waitpid函数清理子进程即可。
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
void handler(int signo)
{
cout << "get a signal:" << signo << endl;
int ret = 0;
while ((ret = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0) {
cout << "wait child " << ret << " success" << endl;
}
exit(0);
}
int main()
{
signal(SIGCHLD, handler);
if (fork() == 0) {//child
cout << "child is running, PID: " << getpid() << endl;
exit(1);
}
//father
while (1);
return 0;
}
要想不产生僵尸进程还有另外一种办法:父进程调用signal或sigaction函数将SIGCHLD信号的处理动作设置为SIG_IGN,这样子进程在终止时会自动清理掉,不会产生僵尸进程,也不会通知父进程。系统默认的忽略动作和用户用signal或sigaction函数自定义的忽略通常是没有区别的,但这是一个特列。此方法对于Linux可用,但不保证在其他UNIX系统上都可用
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;
int main()
{
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
if (fork() == 0) { //child
cout << "child is running, PID: " << getpid() << endl;
sleep(3);
exit(1);
}
//father
while (1);
return 0;
}