进程函数一步步理解Linux之信号

上班之余抽点时光出来写写博文，希望对新接触的朋友有帮助。今天在这里和大家一起学习一下进程函数

一步步懂得Linux之信号

作者：gaopenghigh ，转载请注明出处。 （原文地址）

信号的应用

信号的观点

信号是通知进程发生了某件事的技巧。每个信号都有一个名字，这些名字都以”SIG”开头。 须要注意的是，SIGUSR1和SIGUSR2这两个信号是给用户自定义的，可用于应用程序。

对于信号，内核有三种处置方式：

疏忽。但有两种信号不能被疏忽：SIGKILL和SIGSTOP，因为它们为超级用户供给了使进 程终止或停止的牢靠方法。 * 捕捉信号。前提是要提前通知内核在某个信号发生时调用用户的某个函数。 * 执行系统默认动作。对大部分信号的默认动作是终止进程。

signal函数

signal函数是关于信号最基本的函数。

#include <signal.h> void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int);

这个函数非常不直观，用畸形一点的语言来讲就是：

signal函数的返回指是一个函数地址，该函数没有返回值（void），并且须要一个int型 的参数。

signal函数须要两个参数，第一个参数是signo，整型，代表信号名；第二个参数是func ，这是一个函数地址，该函数没有返回值（void），且须要一个int型的参数。

总的来讲signal函数就是注册一个信号signo，当这个信号发生时，调用func函数去处置 ，同时signal函数返回注册之前该信号的处置程序的指针。

参数func可以是

SIG_DFL

，代表应用默认处置动作，还可以是

SIG_IGN

，代表疏忽，当 然更可以是其他具体的处置函数，这个函数就叫做信号处置程序（signal handler） 或者信号捕捉程序（signal-catching function），此时处置动作就叫做捕捉。

从signal的定义来看，不转变进程对信号的处置方式，就不能知道进程原本对信号的处置 方式，稍后介绍的sigaction函数能解决这个问题。

信号相干的术语

信号发生（generation）后，内核会递送（delivery）这个信号给进程，在发生和递送的 这个时光间隔内，称信号是“未决的（pending）”。

进程可以选择对一些信号“阻塞”，当为进程发生了一个信号，且进程对该信号设置了阻塞 ，且进程对该信号的处置方式是默认或者捕捉，那么该进程就将该信号保持为未决 （pending）状态，直到阻塞被消除，或者进程对该信号的动作改为疏忽。

如果进程对一个信号接触阻塞之前，该信号发生了多次，那么消除阻塞后，内核也只递送 这个信号一次。

每个进程都有一个“信号屏蔽字（signal mask），它划定了进程当前要阻塞的信号集。

kill和raise函数

kill发送信号给进程或进程组。 raise答应进程发送一个信号给自己。

#include <signal.h> int kill(pid_t pid, int signo); int raise(int signo); /* 成功时返回0，出错返回-1 */ /* raise(signo) 等价于 kill(get_pid(), signo) */ /* * 参数pid的4种不同情况： * pid > 0 发送给pid进程 * pid == 0 发送给统一进程组的所有进程 * pid < 0 发送给进程组ID等于pid绝对值的所有进程 * pid == -1 发送给有权限发送的所有进程 */

alarm和pause函数

alarm函数用来设置一个定时器，定时器超时后会发生一个SIGALRM信号，对该信号的默认 处置方式是闭幕进程。

#include <signal.h> unsigned int alarm(unsigned int secondes); /* 返回值：0或者以前设置的闹钟时光的余留秒树 */

如果在调用alarm时，以前也设置过一个闹钟且该闹钟还没有超时，那么该闹钟的余留时光 将作为这次alarm调用的返回值，以前注销的闹钟也会被新的闹钟所代替。

pause函数使调用进程挂起，直到接收到一个信号。

#include <unistd.h> int pause(void); /* 返回-1，并将errno设置为EINTR */

信号集

数据类型

sigset_t

表示一个信集，有上面几个处置信号集的函数：

#include<signal.h> int sigemptyset(sigset_t *set); /* 清空信号集 */ int sigfillset(sigset_t *set); /* 填满信号集，使其包括每一个可能的信号 */ int sigaddset(sigset_t *set, int signo); int sigdelset(sigset_t *set, int signo); int sigismember(const sigset_t *set, int signo);

sigprocmask和sigpending函数

进程有一个信号屏蔽字，它划定了当前阻塞哪些进程。调用

sigprocmask

函数可以检查和 更改进程的信号屏蔽字：

#include <signal.h> int sigprocmask(int how, const sigset_t *restrict set, sitset_t *restrict oset); /* * 成功返回0， 出错返回-1 * 如果 oset 长短空指针，则进程之前的信号屏蔽字由 oset 返回 * 若干 set 长短空指针，则根据不同的 how 对进程的信号屏蔽字做设置： * how = SIG_BLOCK，之前的屏蔽字 + set代表的屏蔽字 * how = SIG_UNBLOCK，之前的屏蔽字 - set代表的屏蔽字 * how = SIG_SETMASK，用 set代表的屏蔽字 代替之前的屏蔽字 */

sigpending

函数返回进程对当前进程处于pending状态的信号集。

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

sigaction函数

sigaction

函数检查或修改与指定信号相干的处置动作。它比

signal

函数直观且更轻易 懂得，事实上代替了老式的

signal

函数：

#include <signal.h> int sigaction(int signo, const struct sigaction *restrict act, struct sigaction *restrict oact); /* 成功返回0，错误返回-1 */

该函数应用一个名为

sigaction

的结构：

struct siaction { void (*sig_handler)(int); /* signal handler OR SIG_IGN, SIG_DFL */ sigset_t sa_mask; /* 要阻塞的信号 */ int sa_flags; void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); /* 替换的handler */ };

参数说明：

sig_handler

表示handler函数的地址。

sa_mask

说明了一个信号集，当调用handler时，会把这个信号集里面的信号都加到屏 蔽字中，让它们都阻塞。

sa_flags

说明了一系列的参数。

sa_sigaction

是一个替换的handler，当

sa_flags

中涌现了SA_SIGINFO时，就会调用 这个函数，该函数应用了一个

siginfo_t

类型的参数，它包括了一些这次信号相干的信息 。

每日一道理

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sigsuspend函数

sigsuspend

函数设置进程的信号屏蔽字，然后在捕捉到一个信号或者发生了一个会终止 该进程的信号之前，该进程被挂起，而当接收到了信号且从信号处置程序返回时，进程的 信号屏蔽字又会恢复为调用

sigsuspend

函数之前的值。

#include <signal.h>
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);
/* 返回值：-1，并将errno设置为EINTR */

abort函数

abort

函数将SIGABRT信号发送给调用进程。

#include <stdlib.h>
void abort(void);

sleep函数

#include <unistd.h>
unsigned int sleep(unsigned int seconds);
/* 返回值：0或者未休眠够的秒数 */

sleep

函数使调用进程被挂起，直到以下条件之一被满足：

已经过了

seconds

指定的时光。 * 调用进程捕捉到一个信号并从信号处置程序返回。

信号在内核中的实现

对于信号，内核必须：

* 记着每个进程阻塞哪些信号。 * 当从内核态切换到用户态时，对任何一个进程都要检查是否有一个信号已经到达。这几 乎在每个定时中断时都发生。 * 肯定是否可以疏忽信号。 * 处置信号。

与信号有关的数据结构

对每个进程，内核必须跟踪什么信号当前正在挂起或被屏蔽，以及每个线程组是如何处置 所有信号的。这些信息都记录在进程描述符

task_struct

中，如下图所示：



在进程描述符中，几个重要的字段是：

struct signal_struct *signal

是指向进程的信号描述符的指针，信号描述符用来 跟踪同享的挂起信号。当应用设置了

CLONE_THREAD

位的clone()系统调用来fork新进程时 ，新的进程同享信号描述符。在

signal_struct

结构中有一个字段是

struct sigpending share_pending

，该字段中寄存同享挂起信号的数据结构。

struct sighand_struct *sighand

是进程的信号处置程序描述符的指针。

sigset_t blocked

表示被阻塞的信号集。

struct sigpending pending

寄存私有挂起信号的数据结构。

应用kill等系统调用，信号可以发送给整个线程组，也可以发送个特定的进程。所以，为 了跟踪当前pending的信号是什么，内核让每个进程关联了两个pending信号队列：

同享pending信号队列。位于

task_struct

的

signal

的

share_pending

字段，它寄存 整个线程组的pending信号。

私有pending信号队列。位于

task_truct

的

pending

字段。

这两个字段都是

sigpending

结构，该结构定义为：

struct sigpending {
struct list_head list;
sigset_t signal;
};

其中，list是一个

sigqueue

结构的双向链表头。该链表表示了具体的信号的信息。

发生信号

很多内核函数都能发生信号，它们所做的任务事实上就是更新一个或多个的进程描述符， 然后唤醒一些进程，促使它们接收信号。

像一个进程发送信号的大致过程如下：

1. 检查进程是否疏忽信号。

检查私有pending信号队列上是否已经有另外一个相同的信号，有则什么都不做。

调用

send_signal

把信号添加到进程的pending信号会合。

通知进程有新的pending的信号，唤醒进程，如果进程已经在运行，则强制其从新调度 。因为在从调度函数返回时，每个进程都检查是否存在挂起的信号。

传递和执行信号

内核从内核空间恢复到用户空间执行前，会检查是否存在pending的信号。也就是说当内核 处置完一个中断或异常时就会做这样的检查。如果有pending的信号，则调用

do_signal

函数处置。该函数首先斟酌私有pending信号队列中的所有信号，从最低编号开始，然后再 斟酌同享队列中的信号。

如果信号有一个专门的处置程序，

do_signal

调用

handler_signal()

调用信号处置程序 执行。

须要注意的是，信号处置程序是定义在用户态中的函数，而信号处置是在返回用户态前， 也就是在内核态中。另外，由于信号处置程序可以调用系统调用，这种情况下，执行了系 统调用的服务例程之后，控制权应当返回到信号处置程序而不是返回到被中断程序的畸形 代码流。

于是，

do_signal

函数中会调用

setup_frame()

对用户态堆栈停止设置，使（1）恢复用 户态时首先执行的是信号处置程序，（2）信号处置程序结束时，通过

sigreturn

系统调 用把用户态堆栈硬件上下文拷贝到内核态堆栈，同时恢复用户态堆栈原始的状态。这时再 从内核态恢复到用户态时，就能执行“畸形”的程序流程。

捕获一个信号的示意图如下：



JH, 2013-05-13

参考资料：

Man pages

UNIX环境高等编程

Linux内核设计与实现

文章结束给大家分享下程序员的一些笑话语录： 手机终究会变成PC，所以ip会比wm更加畅销，但是有一天手机强大到一定程度了就会发现只有wm的支持才能完美享受。就好比树和草，草长得再高也是草，时间到了条件成熟了树就会窜天高了。www.ishuo.cn