行业知识
【Linux】信号保存与信号捕捉处理
信号保存与信号捕捉
- 一、信号保存
- 1. 信号的发送
- 2. 理解信号保存
- （1）信号保存原因
- （2）信号保存概念
- 3. 信号保存系统接口
- （1）sigset_t
- （2）sigprocmask()
- （3）sigpending()
- （4）signal()
- （5）测试系统接口
- 二、信号捕捉处理
- 1. 信号的处理
- 2. 理解用户态和内核态
- 3. 信号的捕捉
- 4. 系统调用
- （1）sigaction()
- （2）pending 表的置0顺序
- （3）struct sigaction 中的 sa_mask 字段
- 三、信号扩展
- 1. 可重入函数
- 2. volatile
- 3. SIGCHLD 信号
一、信号保存
1. 信号的发送
那么在学习信号保存之前，我们先了解一下信号的发送，我们知道普通信号一共有31个，如下：
但是这个31就非常特殊，对于普通信号而言，对于进程而言，自己有还是没有收到哪一个信号。实际上，我们发送信号是给进程发，具体点就是给进程的 PCB 发，所以 task_struct 中必定有维护信号的字段，那么在 task_struct 中其实只需要维护一个整数即可，因为一个整数有 32 个比特位！而我们忽略第一位，从第2位开始到第32位一共31个比特位，就分别表示31种信号！也就是说，用0、1来描述信号，用位图管理普通信号！
所以，
- 比特位的内容是0还是1，表明是否收到；
- 比特位的位置(第几个)，表示信号的编号；
- 所谓的发送信号，本质就是操作系统去修改 task_struct 的信号位图对应的比特位；
那么为什么必须是操作系统向进程PCB中写入呢？因为操作系统是进程的管理者，只有它有资格才能修改 task_struct 内部的属性！所以这就是为什么只有操作系统才能有资格给进程发信号！
2. 理解信号保存
（1）信号保存原因
信号为什么要保存呢？因为进程收到信号之后，可能不会立即处理这个信号，可能正在处理更重要的事情，所以信号不会被处理，就要有一个时间窗口，所以信号就要被保存。
（2）信号保存概念
- 实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery)；
- 信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)；
- 进程可以选择阻塞 (Block )某个信号；
- 被阻塞的信号产生时将保持在未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才执行递达的动作；
- 注意，阻塞和忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会递达，而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。
所以进程的 task_struct 中不仅要保存信号的状态，还要保存信号的阻塞状态；而且信号的范围是 1~31，每一种信号都要有自己的一种处理方法，所以在 task_struct 中还要为每一个信号维护一张 handler 表，这张表是函数指针数组，比如数组中的内容是 typedef void (*handler_t)(int); 类型，数组名为 handler_t handler[31];，所以它就是一个函数指针数组，里面放的就是指向方法的地址，而下标就是信号的编号！那么当我们捕捉对应信号后自定义的方法，就将我们的方法的地址填入对应的位置即可！如下图：
而上面的 pending 表就是一个位图，表示信号未决的状态；
那么 block 表也是一个位图，1表示被阻塞，0表示未阻塞。一旦阻塞了某个信号，在该信号没有被解除阻塞之前，即便收到了该信号，对应的信号也不会被操作系统进行递达。
所以 pending 表记录当前进程是否收到了信号以及收到了哪些信号；block 表记录特定信号是否被屏蔽；handler 表记录每种信号的处理方法。
所以对于某个信号，对应上面的三张表中，我们应该横向看，是否被屏蔽、是否收到、对应方法。所以我们对于信号的学习，无论给我们提供多少系统接口，都是围绕这三张表获取或者修改。
3. 信号保存系统接口
上面的两张表中，block 和 pending 是两张位图，也就是两个整数，我们当然可以用位操作去修改，但是整数都是32个比特位，而如果当操作系统想要扩展这两张位图的时候，一个整型就放不下了，所以操作系统给我们提供了一种用户层的类型，这个类型可以直接设置进操作系统的位图里。
而且上面的三张表都属于操作系统的内核数据结构，它不允许用户直接修改这三张表，所以操作系统必须给我们提供系统调用修改这三张表。我们要获取的 pending 表和 block 表都是位图，这就注定了要在用户空间到内核空间，内核空间到用户空间进行来回拷贝，所以数据拷贝时就要在系统调用接口的参数上设置输入输出型参数。
所以操作系统给我们提供了一种经过封装的数据类型，来获取内核中的位图，就是 sigset_t.
（1）sigset_t
sigset_t 其实就是一个位图结构，我们称为信号集。因此，未决和阻塞标志可以用相同的数据类型 sigset_t 来存储，sigset_t 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，在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞，而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。
sigset_t 类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态，至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现，从使用者的角度是不必关心的，使用者只能调用以下函数来操作 sigset_t 变量，而不应该对它的内部数据做任何解释，比如用 printf 直接打印 sigset_t 变量是没有意义的。
#include int sigemptyset(sigset_t *set);// 清空信号集int sigfillset(sigset_t *set);// 将整个位图置1int sigaddset (sigset_t *set, int signo); // 向指定信号集中添加指定信号int sigdelset(sigset_t *set, int signo);// 在指定信号集中去掉指定信号int sigismember（const sigset_t *set, int signo);// 判断指定信号是否在信号集中
（2）sigprocmask()
调用函数 sigprocmask 可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)，接口如下：
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
其中第一个参数代表我们需要设置还是获取 block 表，有三个选项，如下，它们之间是并列关系，只能三选一：
- SIG_BLOCK：set 包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字(block表)的信号，相当于 mask = mask | set；
- SIG_UNBLOCK：set 包含了我们希望从当前信号屏蔽字(block表)中解除阻塞的信号，相当于 mask = mask & ~set；
- SIG_SETMASK：设置当前信号屏蔽字(block表)为 set 所指向的值，相当于 mask = set；
第二个参数就是我们当前设置的信号集，它是一个输入型参数；第三个参数是一个输出型参数，当我们对进程的 block 表做修改的时候，在改之前，系统会将改之前的表通过 oldset 保存起来。那么修改之后，然后我们就能通过 oldset 拿到上一次的 block 表。 如果不需要的话可以设为 nullptr.
返回值则是成功返回0；失败返回-1.
（3）sigpending()
读取当前进程的未决信号集，通过 set 参数传出。调用成功则返回0，出错则返回-1；接口如下：
int sigpending(sigset_t *set);
对于 sigpending 函数的唯一参数，它是一个输出型参数，就是调用进程所对应的 pending 表带出来。
（4）signal()
signal() 接口我们早就接触过了，它就是用来修改 handler 表的，接口如下：
typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
（5）测试系统接口
下面我们写一个这样的代码：先将2号信号阻塞，然后打印出 pending 表，我们初始化的时候应该是全0的，然后我们给进程发送2号信号，因为2号信号被阻塞了，所以 pending 表中2号信号所对应的比特位在没有被解除阻塞前一直都是1的，然后我们打印 pending 表出来观察，是否如此。代码如下：
void Print(sigset_t sigset){ for(int i = 31; i >= 1; i--) { if(sigismember(&sigset, i)) { cout
