Linux系统编程之----》信号

 "===信号========================================================================================================================"
 一.信号的概念：
     .本质：
         软中端；信号通过内核发送，内核处理的。
     .特性：
         ）简单，）不能携带大量信息； ）满足某一条件
     .信号机制：
         软中端；信号通过内核发送，内核处理的；通过软件的方法实现的，有较强的延迟性。

     .四要素：
         .信号编号， .信号名称， 。默认处理动作，.对应的事件。

         .信号的默认处理动作（5种）：
             .终止进程（term）；.忽略（Ign:信号被处理丢弃）；.终止进程并产生core文件(core);
             .Stop(暂停)；  .Cont (继续);

     .名词称呼
         .信号的状态：
             .产生；
             .未决：处于产生和递达中间，由于阻塞不能递达、处理。
             .递达；信号递达后内核会立即处理。（也就是说，他俩经常绑定在一起，信号递达就代表这信号被处理。）
             .处理：（信号必须递达）
                 .忽略处理（信号已经处理，丢弃操作）； .执行默认操作，  .捕捉（不执行默认操作，来指定操作让其执行；）

         .未决信号集：（pending）
             在PCB中，以位图的方式存在。
             记录信号是否被产生，并且被处理。 内核处理信号的依据。用户不能直接修改未决信号集。

         .阻塞信号集/信号屏蔽字：（mask）
             在PCB中，以位图的方式存在。    mask影响pending；用户只可以通过mask来影响pending。
             记录信号是否被设置屏蔽。用户影响信号的依据。

         . - 号信号，常规信号（不支持排队）； - 号信号，实时信号（支持排队）

         .特殊信号：（两个）；
              号、  号信号；不允许捕捉，忽略，甚至不能设置屏蔽。

         .产生断错误的方式（三种）；
             .访问非访问区域。0x1000   printf();            mmu---没有映射该虚拟内存
             .对只读区域进行写操作。 char* p = hello; p[] = 'H';      mmu---映射的虚拟内存对应的物理内存权限不足。  内核权限；  用户权限
             .内存溢出；  char buf[];  buf[] = ''; buf[] = '';  mmu---没有映射该虚拟内存。

 二.产生信号：
     .常见的产生信号方法：
         .按键产生：ctrl+c；
         .系统调用：如kill
             kill(pid_t pid, int sig); 向指定进程或进程组发送指定信号;
                 第一个参数： pid > ; 向指定进程发送指定信号；    pid == ; 向调用kill函数的进程组的所有进程发送该信号
                             pid == -; 发送信号给系统中有权限的所有进程；  pid < -; 发送信号给指定的进程组|pid|;
                 第二个参数： 信号。（不同的平台环境下，信号的编号不同；但是信号的宏定义相同，所以一般使用宏名）。

             raise() 给当前进程发送指定信号;
             abort() 向当前进程发送SIGABRT信号;
         .软件条件产生：如，定时器alarm;
             alarm:每个进程有且只有唯一一个定时器。
             返回值特殊：上次定时剩余的时间。定时（采用自然定时），与进程状态无关！！！，无论处于何种状态，都会计时。;
             取消闹钟: alarm();    实际执行时间 = 系统时间+用户时间+等待时间。
              定时的单位是：秒。
             setitimer(); 定时单位单位：微妙；
                 三个参数：

         .硬件异常产生：如，非法内存访问(段错误)；内存对齐出错(总线错误)；除0(浮点数除外)。
         .命令产生：如kill命令

 三。信号操作函数；
     .信号集 set：
         sigset_t   set;

         sigemptyset（&set）  清空集合  

         sigfillset（&set）  置1集合  

         sigaddset（&set， 待添加的信号名称） 添加信号到集合中

         sigdelset（&set， 待删除的信号名称） 删除信号到集合中

         sigismember（&set， 待判断的信号名称）判断信号是否在集合中  -- 》 ：在 ：不在； -；错

     .mask(信号屏蔽字/阻塞信号集)操作
         sigprocmask();用来屏蔽信号、解除信号；其本质是读取或修改进程的信号屏蔽字（PCB中）；
         "注意：屏蔽信号只是将信号处理延后执行（延至解除屏蔽）， 而忽略表示将信号丢弃。"
         参数：第一个参数 how 的取值：假设当前的信号屏蔽字为mask；
                 .SIG_BLOCK：当how设置为此时，set表示要屏蔽的信号。相当于mask= mask|set;
                 .SIG_UNBLOCK：当how 设置为此时，set 表示要解除的信号。相当于：mask = mask & ~set;
                 .SIG_SETMASK; 当how 设置为此时，set = mask;
             第二个参数： set 传入参数：用来操作mask的set集合。
             第三个参数： oldset 传出参数。记录旧有的mask状态。

     .pending操作
         int sigpending(sigset_t *set);传出参数
         参数：获取未决信号集
         返回值：存在返回 ； 不存在返回 ；

 四。信号捕捉
     .signal：（注册信号的捕捉处理函数）
         参数：.信号编号 .捕捉后调用的执行函数（是一个函数指针。即回调函数）；
         返回值：捕捉的函数句柄。

     .sigaction： )信号捕捉函数执行期间，本信号被自动屏蔽（取决于：sa_flags） )信号捕捉函数执行期间，信号多次产生，只记录一次。

      函数原型：int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
          参数解析： ）第一个参数：信号名称或编号；要捕捉的信号。
                     ）第二个参数：新处理动作传入，是一个结构体。
                            ）sa_handler: ）函数指针，捕捉信号后执行的回调函数；） SIG_IGN 表示忽略； ）SIG_DFL 表示执行默认操作。
                         ）sa_mask; 信号屏蔽字/阻塞信号集；捕捉函数执行期间的屏蔽字，此中的信号在捕捉函数执行期间自动屏蔽。
                         ）sa_flags: ) ; 表示：信号捕捉函数执行期间，要捕捉的信号被自动屏蔽（即第一个参数）。
                                     ）SA_SIGINFO: 选用sa_sigaction来指定捕捉函数；
                                     ）SA_INTERRUPT: 系统调用被信号中断后，不重启；
                                     ）SA_REATART: 系统调用被信号中断后，自动重启。
                                     ）SA_NODEFER: 在捕捉函数执行期间不自动屏蔽捕捉的信号；

                        ) sa_sigaction: 函数指针， 三个参数，void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t*, void*);指定带参数的信号捕捉函数。
                     )第三个参数：旧处理动作传出；
             返回值：  表示成功， - 表示失败，并设置errno ;
     .信号捕捉特性：
         ）捕捉函数执行期间，屏蔽字由sa_mask指定。
         ）捕捉函数执行期间，被捕捉的信号自动屏蔽； 由sa_flags =  决定;
         )"捕捉函数执行期间，常规信号不支持排队，多次产生只记录一次。"
         常规信号为：- 信号； 实时信号为 - 信号。
         详细过程：进程正常运行时，默认PCB中有一个信号屏蔽字，假定为☆，它决定了进程自动屏蔽哪些信号。当注册了某个信号捕捉函数，捕捉到该信号以后，
            要调用该函数。而该函数有可能执行很长时间，在这期间所屏蔽的信号不由☆来指定。而是用sa_mask来指定。调用完信号处理函数，再恢复为☆。

     .信号内核实现捕捉函数思想：
         信号捕捉函数是 回调函数； 由内核在信号产生、递达之后负责回调。
         调用结束应该返回内核空间，再返回用户空间。

     .内核实现信号捕捉的一般过程
         ）回调捕捉函数； ）调用结束先返回内核。

         “注意：此处加图片：”
 五。竟态条件（时序竟态）
     .pause() 函数:主动造成进程挂起，等待信号唤醒。调用该系统调用的进程将处于阻塞状态（主动放弃CPU），知道有信号到达将其唤醒。
         int pause(void); 返回值：-，并设置errno == EINTR;
         注意：
                 ) 唤醒pause()函数的信号不能执行默认操作、忽略、屏蔽。原因：
                     ）如果信号的默认动作是终止进程，则进程终止，pause函数不会有机会被调用。
                     ）如果信号默认动作是忽略、屏蔽，则进程继续挂起，pause不会调用。
                 ）如果信号的处理动作是捕捉，则【捕捉函数处理完后，pause被调用返回-，并且errno == EINTR,表示被信号终端，即唤醒】；
                 ）综上所诉：能唤醒pause()函数的信号，只能是被捕捉的信号；

     .时序竟态：
         .时序问题产生的原因： ）系统负载严重； ) 信号不可靠机制；

         .解决时序问题：
             ）使用原子操作；将解除信号屏蔽与挂起等待合并成一个步骤。sigsuspend() 函数具有这个功能。在对时序要求严格的场合下都应用
                 sigsuspend 替换 pause。"（解除信号屏蔽+挂起等待信号）----》原子操作---》sigsuspend()函数"
                 int sigsuspend(const sigset_t *mask); 挂起等待信号。
                     函数详解： ）主动造成进程挂起,等待信号； ）在这个函数调用期间屏蔽字由它的参数决定； ）函数调用结束屏蔽字恢复为原值；）原子操作
             ）提早预见，主动规避。这种错误，没法用gdb调试出来。

     .全局变量的异步IO：
         存在的问题：
             .多个进程对 同一 个全局变量进行写操作，存在问题。（如：信号回调函数中的全局变量和主函数中的全局变量为同1个，内核进程和主进程都对
                 全局变量进行了写操作，非常容易出问题）。
             .写操作时没有任何 同步 机制。

             “注意：此处有代码，父子进程数数，代码1，主进程和内核对同一个全局变量进行写操作，出问题；
                                              代码2，全局变量只由主进程进行一次赋值操作后，主进程和内核进程对它的只读操作，没有出问题”

     .可重入、不可重入函数：
         注意：
             ）不可重入函数：函数内部含有全局变量、静态变量，使用malloc、free；
             "2）信号捕捉函数应设计为可重入函数；（与上面的相反的就是可重入函数）。"
             ）信号处理程序调用的可重入的系统调用函数；可参阅 man  signal；
             ）没有包含在上述列表中的系统调用函数大多数是不可重入的，其原因是：
                 a) 使用了静态数据结构，
                 b) 调用了malloc 或free
                 c) 是标准I/O函数 ；

 六。SIGCHLD信号 -------IGN（该信号的默认动作是忽略）
     .该信号的产生：
         ）子进程终止；
         ）子进程接收到SIGSTOP信号停止时；
         ）子进程处在停止态，接收到SIGCONT后唤醒时；
         综上所述：只要子进程的状态发生变化，会对父进程发出SIGCHLD信号，默认处理的动作是忽略。

     .借助 SIGCHLD 子进程回收。
         ）wait()--------阻塞等待子进程结束；
         ）waitpid()--------设置不阻塞（第二个参数WNOHANG）。如果这样设置，要设置轮询，才能将子进程回收。
         ）信号捕捉---子进程回收；

     .注意：
         )子进程继承了父进程的 信号处理动作和 信号屏蔽字(mask)，但并没有继承父进程的 未决信号集(sigpending)。
         )注册信号捕捉函数的位置，和与其他进程发出信号的配合（必须在捕捉信号发出之前完成注册）。
         “参考代码”

 七。信号传参：
     .int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value); 成功返回0； 失败-；
         sigqueue 向指定进程发送信号的同时携带参数（即它的第三个参数）；
         "注意：携带的数据。如果携带的是 地址：需注意，不同进程之间虚拟地址空间各自独立，将当前进程地址传递给另一进程没有实际意义"
     .捕捉信号传参
         ）用该函数捕捉信号传递的数据： int sigaction(int signum, const struct sigaction* act, struct sigaction* oldact);
         ）当注册信号捕捉函数，希望获得更多关于该信号的信息，不应使用 sa_handler, 而应使用 sa_sigaction。 但同时 sa_flags 必须指定SA_SIGINFO.
             siginfo_t 是一个成员十分丰富的结构体，携带者该信号的各种相关信息。

 八。中断系统调用
     .慢速系统调用（造成当前系统永久阻塞的）
         ）如read, write, wait, pause, sigsuspend, 都是慢速系统调用 ;
         ）概念： 可能使进程永远阻塞的一类系统调用；如果再阻塞期间收到一个信号，该系统调用被中断，不再继续执行；也可以通过设置，使其中断后再重新启动。
         ）特点：慢速系统调用被中断的相关行为，实际上就是pause的行为: 如read()
             ) 信号不能被屏蔽， 执行默认动作， 忽略；
             ）信号的处理方式必须被捕捉；
             ）中断后返回-， 设置errno为 EINTR(表示：“被信号终端”);

         )设置sa_flags 参数来决定它终端后的行为：
                            表示被捕捉的信号，在捕捉函数执行期间被自动屏蔽
                 SA_NODEFER    表示被捕捉的信号，在捕捉函数执行期间不被自动屏蔽
                 SA_INTERRURT 表示慢速系统调用，若被信号打断，不再重启
                 SA_RESTART  表示慢速系统调用，若被信号打断，重启
                 SA_SIGINFO  表示捕捉函数是3参的sigaction,需指定为这个宏名

     .其他系统调用：
         如Lgetpid(), fork();

 十。终端
     .字符终端(虚拟终端)，图形终端(伪终端)，网络终端(伪终端)。
     .线路规程(line discipline)：
         像一个过滤器，对于某些特殊字符并不是让它直接通过，而是做特殊处理，比如ctrl+c,对应的字符并不会被用户程序read读到，而是被线路规程截获，
         解释称SIGINT信号发送给前台进程，通常会使该进程停止。线路规程应该过滤哪些字符和做哪些特殊处理是可以配置的。
     .在终端设备（如键盘）上输入内容进入进程的顺序：
         终端设备--》终端设备驱动--》line discipline(线路规程过滤)---》系统调用（普通内容）---》用户进程
                                                                  ---》内核特殊字符（解释称信号）--》内核 前台进程。;
     .一套伪终端由一个主设备(PTY Master)和一个从设备(PTY Slave)组成；主设备在概念上相当于键盘、显示器，只不过他不是一个真正的硬件而是一个内核模块；
         操作它的也不是用户，而是另外一个内核模块。        网络终端或图形终端窗口的shell进程以及它启动的其他进程都认为自己的控制终端是伪终端从设备。                

 十一。进程组
     pid_t getpgid(pid_t pid);            返回指定进程组的ID
     pid_t getpgrp(void);                 返回调用函数进程组的ID
     int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);    设置某个进程的进程组ID； 成功返回0；失败-；
     .当父进程创建子进程时，默认子进程与父进程属于同一进程组。其进程组ID＝＝父进程的ID。
     .进程组的生命周期： 只要进程组中有一个进程存在，该进程组就存在，"与组长进程是否终止无关"。
                         进程组创建到最后一个进程离开（终止或转移到另一个进程组）。
     .一个进程可以为自己或子进程设置进程组ID。

     .修改一个进程的进程组ID需注意：
         １）如改变子进程为新的组，应在fork后，exec前。
         ）权限问题。非root用户只能改变自己和它创建的子进程的进程组。

 十二。会话。
     pid_t getsid(pid_t pid);获取该进程的会话ID（如果查看当前进程的会话ID，参数为0就行。自己测试吧）。成功：返回会话ID； 失败：返回-，并设置errno .
     pid_t setpid(void); 创建一个会话，以自己的ID为新会话的ID，同时也会成为一个新的进程组。 成功：返回调用进程的ID；失败，-；
     创建会话应注意：
         .创建会话的进程不能是进程组组长；同时创建的进程变成新会话首进程（即组长）。
         .创建完后该进程成为新进程组的组长进程。
         .需要有root权限；（ubauntu不需要）
         .新会话丢弃原有的控制终端，该会话没有控制终端（也就无法与用户进行交互）。
         .该调用进程是组长进程，则出错返回。（与1 相同）。
         .新建会话时，先调用fork，父进程退出；子进程创建会话（调用setsid()函数）。

     "注意：子进程不会随着成为新的进程组组长，而其父进程发生改变。"

 十三：守护进程：
     .Daemon(精灵)进程，即守护进程。
         特征：  .位于Linux后台，服务进程。
                 .独立于控制终端（即没有控制终端），周期性的执行某任务，等待某事件
                 .不受用户的注销、登录而终止；（注意：不是关机）。
                 .通常采用以d结尾的名字。

     .创建守护进程的模型：
         .创建子进程，父进程退出
             所有工作在子进程中进行，形式上脱离了控制终端。
         .在子进程中创建新会话
             setsid()函数
             使子进程完全独立出来，脱离控制

         .改变当前目录为根目录;
             chdir()函数；
             目的：防止占用可卸载的文件系统。
             也可换成其他目录，只要该目录稳定，不会被卸载（当时卸载的优盘目录）。

         .重设文件掩码;
             umask()函数：
             目的： 防止继承的文件创建屏蔽字拒绝某些权限；
                    增加守护进程的灵活性

         .关闭文件描述符
             继承的打开不会用到，浪费系统资源，无法卸载。

         .执行守护进程核心工作

         .设置守护进程退出。

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