Linux入门——10 信号

1.信号

1.信号------信号量（两者没有任何关系）

2.信号讲什么----->整个信号的生命周期

信号的产生-----信号的保存------信号的处理

之前的kill命令，用的就是信号。

kill -l查看系统支持的信号

名字本身就是宏，其实就是编号，我们在使用的时候，既可以使用名字也可以使用编号。

可以发现只有1~31和34~64个信号。

生活中的信号：发令枪，闹铃，红路灯，消息提醒，烽火台狼烟。

• 人是可以识别红绿灯的，什么是识别，1，认识，2产生匹配的行为
• 为什么可以识别红绿灯呢？有人教你----通过教你，让你的大脑记住了对应红绿灯属性的行为。
• 是不是绿灯一亮，你就立刻过马路呢，有没有还有车在路中间，让你没有立刻过马路---》当信号到来的时候，我们不一定立刻处理这个信号，因为信号可能随时产生，但你可能在忙自己的事情（更重要事情），信号来了，不是立即处理的。这就是异步，你在打游戏，这时候外卖小哥给你送外卖。

同步：老师 让我取快递，这时候上课了，老师说等我来了，再上课。

• 我们不一定立刻处理这个信号，当信号到来的时候，到信号被处理，这个中间会有一段时间----->时间窗口。在这期间我必须记住这个信号。
• 处理信号的动作，默认动作（绿灯过马路），自定义动作（红灯亮你跳舞等），忽略动作（绿灯我继续等，不过马路）

信号是给进程发的

2.进程是如何识别信号

进程本身是程序员编写的属性和逻辑的集合-----程序员编码完成的

进程收到信号的时候，进程可能正在执行更中要的代码，所以信号不一定会被立即处理

进程本身必须要有对信号保存的能力

进程处理信号的时候，一般有三种动作（默认，自定义，忽略）{信号被处理被称为信号被捕获}

2.1信号被进程保存到哪？如何保存？

保存在task_struct中

保存是否收到了信号[1~31]

struct task_struct

{

        .....

        unsigned int signal;

}

发送信号的本质，就是修改task_struct（PCB）中的信号位图。

PCB的管理系统是内核的数据结构，

PCB的管理者OS有权利修改里面的内容，所以无论我们学习多少种发送信号的方式，本质都是通过OS向目标进程发送信号！！-----》OS必须要提供发送信号的系统调用接口。

kill命令底层一定调用了底层系统接口

3.信号的产生

ctrl +ｃ热键－－－－－本质就是一个组合键－－－》ＯＳ将ctrl+c解释为2号信号（SIGINT）

使用man 7 signal详细查看2号信号的具体工作

3.1signal更改产生信号后的回调函数

3.2sigaction（）

4.信号的产生方式

4.1键盘产生信号

4.2系统调用

OS有发信号的能力，有能力不代表有使用他的能力，就比如你有写代码的能力，但你的老板在使用你的这种能力

4.2.1KILL命令

4.2.2kill()函数

4.2.3raise发送信号给调用者

4.2.4 abort函数（C语言提供的终止进程方式）

4.3硬件异常产生信号

4.4软件条件产生信号

4.4.1alarm定时器(定时终止进程)

4.4.2ualarm ()循环发送

4.4.3setitimer()定时发送信号

4.4.4pause()进程一直阻塞，直到被信号中断

4.4.5sigsuspend()

5.关于信号处理的行为的理解

6.进程退出时的核心转储问题

当使用man 7 signal时，会出现Term和Core两种终止进程的行为

在a[100],a[1000]并没有发生报错。越界并不一定会使编译器报错，当在栈上创建变量的时候，栈开多大空间，你不知道，你只是使用了你所开的空间。给你分配的空间可能会比较大，所以越界，也可能在有效栈区内，不会报错。除非你访问不是你的空间。即你可能在不知情的情况修改一些你的数据。

Term代表正常结束,OS不做其他操作

Core代表不仅结束进程，OS还做其他操作

7.在OS内禁止对9号信号做捕捉

9号信号为管理员信号

8.信号的保存

8.1进程阻塞信号

8.2内核中信号的保存

• 进程收到信号，不会被立即处理，所以要保存，
• 进程采用位图结构来保存收到的信号

8.2.1pending表（未决表）本质是位图

当信号被置于pending位图中，就说明该信号处于未决状态

8.2.2block表（阻塞表）专业称为信号屏蔽字

当信号被置于block位图中，就说明该信号处于阻塞状态

信号在OS内的被处理

 8.2.3（信号捕捉方法）函数指针&函数指针数组

所以我们可以得到signal(signo,handler)函数的本质就是：拿着信号编号signo，到指定的数组中找。将handler对应方法的地址填入表中。

后面当信号产生的时候，修改上面的pending表中的值，根据block表查看是否阻塞，如果没有阻塞，就进行处理。OS根据信号位置找到编号，根据编号找到对应到函数指针数组中函数的地址，调用方法去处理该信号。

8.2.4结论

1. 如果一个信号没有产生，不妨碍它可以被阻塞
2. 进程之所以识别信号，是OS已经设置好上述三种技术，可以识别并处理信号
3. Linux系统当同一信号被传过来多次，只能被保存一次，相当于其他信号进行了丢失、这是针对普通信号。对于实时信号，OS会产生消息队列，来处理这些信号。

9.信号的捕捉

9.1.1什么是内核态 &用户态

1. 我们写的代码都是在用户态的，在用户态的时候，我们可能会访问两种资源，1是操作系统自身的资源，2是硬件资源。无论是那种资源都是在OS之下的，我们要通过OS提供的接口。通过这些接口，我们称为系统调用。
2. （你毕业称为教师（内核态），到你的毕业小学当老师，曾经一些你小学时候（用户态）进不了的地方，现在可以进去了，你依旧是你，但身份发生了变化，所以权限级别发生了变化）实际执行系统调用的“人”，是你的进程，身份是内核。
3. 往往系统调用比较费时间一些，尽量；尽量避免频繁调用系统调用。

9.1.2我怎么知道我是用户态，还是内核态？

• 进程在实际执行时，一定会把自己的上下文信息投递到CPU之中，CPU中存在大量寄存器，我们可以将寄存器划分为两类，1，可见寄存器，2、不可见寄存器
• 凡是和当前进程强相关的，都称为上下文数据。寄存器只有一套，但寄存器中的值可能有多套，当进程切换的时候，他可以把上下文数据带走，回来再拿回来。
• CPU中有一个寄存器可以直接指向当前运行进程的pcb,这就是知道那个进程在运行的原因
• 还有的寄存器保存当前进程对应的页表起始地址，还有MMU单元，通过页表找到对应的内存地址。
• CR3寄存器：里面有比特位，表征当前进程的运行级别，

9.1.3理解进程怎么跑到内核OS中调用方法

每个进程都有自己独立的用户级页表，除此之外，OS内部还维护了一张内核级别页表，它是为了映射从虚拟到物理内存之间的OS的代码。在开机的时候，OS代码也会加载到内存，但是只有一份，所以内核级页表只有一份就够了。也可以理解为CPU有一个寄存器，对应着OS的内核级页表，进程切换的时候，该寄存器不变。

每一个进程都要有自己的地址空间（是独占的），内核空间（被影射到每一个进程的内核空间，占3~4G）,所以要访问OS的接口，其实只需要在自己的地址空间上跳转就 可以了。本质就是，跳转到内核空间找到对应的地址，通过内核页表，找到内存中OS的代码，然后再返回到用户空间，进行继续执行。

每个进程都共享一个内核级页表，无论进程如何切换，都不会更改任何3~4G的内核空间。

9.1.4用户执行访问内核的接口或者数据

只要要跳转的时候，更改一下CPU中的CR3寄存器的运行级别就可以了。

系统调用的接口，起始位置会帮你把CR3的值由3（用户态）改为0（内核态）

在Linux有一个终端编号，汇编指令int 80-----陷入内核，修改为内核态

9.1.5信号被处理的时间

信号产生的时候，不会被立即处理，而是在合适的时候，那么这个合适的时候是什么时候呢？

从内核态到信号态的时候，会被处理。-----》曾经我一定进入了内核态！

什么时候进入过内核态呢？

1. 系统调用
2. 进程切换：进程切换的时候，没被执行完，这个进程一定会被放到运行队列中，放进去，一定要放到内核态中，以OS的身份进行执行，把进程唤醒的时候，要通过内核态把进程放到运行对列中

9.2信号捕捉

进程由用户态到内核态，好不容易来一次，肯定要干点事情，于是就找到，task_struct中的信号位图，开始按位处理信号，那么，我们能不能以内核态的身份，执行用户的代码呢？

答案是并不能，因为OS不相信任何人。所以当处理信号的时候，会通过特定的方法，将自己的身份重新更改为用户态在执行，执行完，通过特定的系统调用，跳转到内核，将所有信号处理结束，再跳转到用户态。

ABCD代表四次，用户切换。如果是默认或者忽略的时候，就走到信号的检查过程，就停止了，不再往后走了。

9.3sigset_t数据类型，专门为信号设置的数据类型

每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。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。下一节将详细介绍信号集的各种操作。 阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。

9.4信号集操作函数

9.4.1常用函数

#include <signal.h>
sigset_t set;//自定义信号集64bit  128bit  
int sigemptyset(sigset_t *set);//清空，全设0
int sigfillset(sigset_t *set);//全设 1
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);//添加一个信号
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);//删一个信号
int sigismember（const sigset_t *set, int signo);//判断信号在吗

函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含 任何有效信号。

函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。

注意,在使用sigset_ t类型的变量之前,一定要调 用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信比特科技号。

这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种 信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。

9.4.2sigprocmask(更改进程的block表,信号屏蔽字)

9.4.3 sigpending(读取当前进程的未决(pending)信号集)

10.捕捉信号的方法

10.1signal更改产生信号后的回调函数

10.2sigaction（）

这两个函数在第3.1和3.2。