实验七、信号

项目	内容
这个作业属于哪个课程	Linux系统与应用
这个作业的要求在哪里	实验七要求
学号-姓名	18043228-章宇翔
作业学习目标	1、了解信号的概念 2、掌握信号处理的方法

1.编写一个简单的程序并运行，然后向该进程发送不同的信号以观察该进程对接收到信号的反应

//hellosignal.c
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
int main() 
{ 
    printf("hello signal! I'm %d\n", getpid()); 
    while(1) 
    { 
        write(STDOUT_FILENO, ".", 1); 
        sleep(10); 
    }
return 0;
}

1) 在当前终端通过按键组合向该进程发送信号 CTRL+C、CTRL+Z、CTRL+\ 观察三种信号及其对应的进程反应

ctrl+c //发送SIGINT信号给前台进程组中的所有进程,终止正在运行的程序
ctrl+z //发送SIGTSTP信号给前台进程组中的所有进程，挂起一个进程。
ctrl+\ //发送SIGQUIT信号给前台进程组中的所有进程，终止前台进程并生成 core 文件。

2) 另外再开启一个终端，在终端通过输入kill命令来给进程发送信号，进程的 pid 在程序运行的第一行输出，每次运行程序的时候 pid 是不同的。
我们可以在终端通过输入 kill -l 来查看当前系统当中的信号列表

kill -l

再另一个终端重新运行程序

在当前终端我们可以看到程序输出自己的 pid 是 3202,这是我们可以另开一个终端,通过 kill 命令向该进程发送信号:

kill -9 3202 //kill -9 发送SIGKILL信号，强制杀死进程号为3202的进程

对于 kill 命令我们可以查看手册:

man kill

View Code

3) 我们编写一个简单的程序，该程序调用 kill() 函数向某个进程发送信号

//mykill.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int main(int argc,char *argv[]){
    if(argc < 2)
    {
        printf("%s arg error.",argv[0]);
        exit(1);
    }
    kill(atoi(argv[1]),SIGKILL);
    return 0;
}

我们继续运行之前的程序等待有信号到来：

在另外一个终端完成上面程序的输入并编译，运行的时候把3297作为参数。

再返回之前运行 hellosignal 的终端观察进程接收到信号的反应：

我们可以查看手册看看 kill() 函数： man 2 kill

2.使用 signal() 函数来捕捉信号。

通常进程在接收到某种信号后，会根据不同的信号执行默认的操作：

忽略信号
终止（杀死）进程
产生核心转储文件，同时终止进程
停止进程
恢复之前被暂停的进程继续运行
这里我们可以通过 signal() 来改变进程对某个信号的处置方式。 signal() 可能是很多同学目前为止见过最复杂的函数。我们通过查看手册： man 2 signal

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
void sighandler(int sig) {
    switch(sig) {
        case SIGUSR1://10
            printf("hello SIGUSR1\n");break;
        case SIGUSR2://12
            printf("hello SIGUSR2\n");break;
        case SIGINT://2 CTRL+C
            printf("休想干掉我！\n");break;
        case SIGTSTP://20 CTRL+Z
            printf("不要停止我！\n");break;
        case SIGQUIT://3 
            printf("就是不退出！\n");break;
        case SIGSEGV://11
            printf("呃！程序出 bug 了！\n");break;
        default:
            printf("hello, who are you %d?\n", sig);
    }
    sleep(2); 
}
int main() {
    printf("I'm %d\n", getpid());
    if (SIG_ERR == signal(SIGUSR1, sighandler)) {     
        perror("signal SIGUSR1");
    }
    if (SIG_ERR == signal(SIGUSR2, sighandler)) {
        perror("signal SIGUSR2");
    }
    if (SIG_ERR == signal(SIGINT, sighandler)) {
        perror("signal SIGINT");
    }
    if (SIG_ERR == signal(SIGTSTP, sighandler)) {
        perror("signal SIGTSTP");
    }
    if (SIG_ERR == signal(SIGQUIT, sighandler)) {
        perror("signal SIGQUTI");
    }
    if (SIG_ERR == signal(SIGSEGV, sighandler)) {
        perror("signal SIGSEGV");
    }
    while(1) {
        write(STDOUT_FILENO, ".", 1); 
        sleep(10);
    }
    return 0;
}

我们输入完上述代码，编译并运行，然后再给该进程发送信号，观察进程对接收到信号的反应

ctrl+c 
ctrl+z 
ctrl+\

我们在另外一个终端输入 kill 命令来向该进程发送信号：

问题：删除sleep(2); 这一行，再给程序发信号，看看 main 函数打点的情况。

答：在未删除sleep(2)时发送信号后的第一个 . 为2s后发出；删除后第一个 . 变为立即发出。

3.通过举例说明 alarm() 函数和 setitimer() 函数的使用。
我们先分别查看两个函数的手册：
man 2 alarm

man 2 setitimer

这里我们通过命令 man 7 signal 可以查看当前系统信号的清单：

从上面可以看到 alarm() 函数在计时结束后会发生 SIGALRM 信号给当前进程，进程对 SIGALRM 信号的缺省动作是结束进程。
下面一个非常简单的例子：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
int main(){
    alarm(1);
    while(1)
    {
        printf("process will finish!\n");
    }
    return 0;
}

alarm_test.c

vim alarm_test.c
make alarm_test
./alarm_test

虽然程序中有无限循环，不断输出字符串 process will finish! ,由于调用了 alarm(1) 函数， alarm 函数会在1秒后给该进程发送 SIGALRM 信号，然后进程结束。

接下来继续看一个程序设定了两次定时炸弹，第一次设定 5 秒后爆炸，设定后过了 2 秒，再设定了一个 3 秒后爆炸的定时炸弹。

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void handler(int sig)
{
         if(sig==SIGALRM)   //定时结束
         {
                  printf("Bomb!!!!\n"); 
         }
}
int main()
{
         if(SIG_ERR==signal(SIGALRM,handler))
         {
                  perror("signal SIGALRM"); //报错
         }
         unsigned int remain=0;
         remain=alarm(5);
         printf("the previous alarm remain %d seconds \n",remain);
         sleep(3);
         remain=alarm(3);
         printf("the previous alarm remain %d seconds \n",remain);
         while(1)
         {
                  write(STDOUT_FILENO,".",1);
                  pause();
         }
}

View Code

这里计时时间到了并不会结束进程，因为我们编写了信号捕捉函数，产生 SIGALRM 信号后会输出字符串 Bomb!! , 我们可以键盘按键组合结束进程，这里我用了 CTRL+Z 。

接下来我们用 setitimer() 函数实现 alarm() 函数

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h>
#include<error.h>
unsigned int my_alarm(unsigned int sec)
{
    struct itimerval it,oldit;
    int ret;
    it.it_value.tv_sec=sec; 
    it.it_value.tv_usec=0;  
    it.it_interval.tv_sec=0; 
    it.it_interval.tv_usec=0;
    ret = setitimer( ITIMER_REAL, &it, &oldit); 
    if(ret==-1)
    {
        perror("setitimer()");
        exit(1) ; 
    }
        return oldit.it_value.tv_sec;
}
int main(){
    my_alarm( 1) ;
    while(1)
    {
        printf( "process will finish! \n");
    }
    return 0;
}

View Code

程序在运行1秒钟后被 SIGALRM 信号结束

问： alarm() 函数和 setitimer() 函数的区别。

答：
(1)alarm精度为秒， setitimer精度为微秒。

(2)alarm函数用来定时，当到达定时的时间后，内核会发送SIGALARM信号给进程，默认结束进程。如果参数seconds为0，则之前设置的闹钟会被取消，并将剩下的时间返回。settimer工作机制是，先对it_value倒计时，当it_value为零时触发信号，然后重置为it_interval，继续对it_value倒计时，一直这样循环下去。
(3)setitimer比alarm功能强大，支持3种类型的定时器：ITIMER_REAL : 以系统真实的时间来计算，送出SIGALRM信号。ITIMER_VIRTUAL : 以该进程在用户态下花费的时间来计算，送出SIGVTALRM信号。ITIMER_PROF : 以该进程在用户态下和内核态下所费的时间来计算，送出SIGPROF信号。

4.举例说明信号集操作函数的使用
我们可以通过命令 man 3 sigsetops 来查看手册：

从手册中可以看到，这些函数都是对 sigset_t 这个数据结构进行操作的。
我们可以编写一个打印 sigset_t 的函数

void printsigset(const sigset_t *set)
 {
int i;
for (i = 1; i <= 64; i++) {
if (i==33)
putchar(' ');
if (sigismember(set, i) == 1)
putchar('1');
else
putchar('0');
}
puts("");
}

然后通常该函数查看，信号集操作函数对信号集操作后的结果

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void printsigset(const sigset_t *set)
{
    int i;
    for (i = 1; i <= 64; i++) {
        if (i==33)
            putchar(' ');
        if (sigismember(set, i) == 1) //sigismember()用来测试参数i代表的信号是否已加入至参数set信号集里。
                                     //如果信号集里已有该信号则返回1, 否则返回0。
            putchar('1');
        else
            putchar('0');
    }
    puts("");
}
int main() {
    sigset_t st;
    printf("1. create set\n");
    printsigset(&st); //printsigset函数将指定信号集st的所有信号的存在情况打印出来
 
    printf("\n2. vertify sigset_t is a 64-bit integer\n");
    unsigned int test[2] = {0xf0f0f0f0, 0xf0f0f0f0};   //置位
    printsigset((sigset_t*)test); // 这种方法不被推荐，仅供测试用。
    
    // fill set
    printf("\n3. fill set\n");
    sigfillset(&st);   //初始化st所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位
    printsigset(&st);
    
    // empty set 
    printf("\n4. empty set\n");
    sigemptyset(&st); //初始化st所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零
    printsigset(&st); 
    
    // add sig
    printf("\n5. add SIGHUP(1), SIGINT(2), SIGKILL(9), SIGSYS(31), SIGRTMIN(34) and SIGRTMAX(64) to set\n");
    sigaddset(&st, SIGHUP);//在该信号集st中添加SIGHUP(1)信号
    sigaddset(&st, SIGINT);//在该信号集st中添加SIGINT(2)信号
    sigaddset(&st, SIGKILL);//在该信号集st中添加SIGKILL(9)信号
    sigaddset(&st, SIGSYS);//在该信号集st中添加SIGSYS(31)信号
    sigaddset(&st, SIGRTMIN);//在该信号集st中添加SIGRTMIN(34)信号
    sigaddset(&st, SIGRTMAX);//在该信号集st中添加SIGRTMAX(64)信号
    printsigset(&st);
 
    // delete sig
    printf("\n6. delete SIGKILL from set\n");
    sigdelset(&st, SIGKILL);//在该信号集st中删除SIGKILL(9)信号
    printsigset(&st);
 
    // is member
  printf("\n");
    if (sigismember(&st, SIGKILL)) { //判断该信号集st中是否存在SIGKILL(9)信号
  printf("SIGKILL is member\n");
    }
  if (sigismember(&st, SIGINT)) {  //判断该信号集st中是否存在SIGINT(2)信号
    printf("SIGINT is member\n");
  }
    return 0;
}

View Code

5.举例说明对阻塞信号与未决信号的理解
在一个进程中，保存了两个信号集（在PCB中），分别是阻塞信号集，还有一个未决信号集。当你使用 sigprocmask 的时候，就会修改阻塞信号集。
当你的进程一收到信号且该信号被阻塞，它首先进入到未决信号集中（就是一个 sigset_t ），当未决信号集中的信号被信号处理函数（你自己定义的或者系统默认的）处理，就会从未决信号集中删除。
如果一个信号加入阻塞信号集，该信号的信号处理函数就不会被调用。

man sigprocmask

对于未决信号集我们不能直接操作，可以使用 sigpending 函数获取未决信号集。

man sigpending

下面结合例子来理解，程序的功能是先把 SIGINT 、 SIGTSTP 加入到了进程阻塞信号集中去。接下来，每隔一秒打印一次未决信号集，第 10 次的时候，又把 SIGINT 信号从阻塞信号集中删除。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
void printsigset(const sigset_t *set) //信号集
{
    int i;
    for (i = 1; i <= 64; i++) {
        if (i==33)
            putchar(' ');
        if (sigismember(set, i) == 1)
            putchar('1');
        else
            putchar('0');
    }
    puts("");
}

void handler(int sig) {
    if (sig == SIGINT)
        printf("hello SIGINT\n");
    if (sig == SIGQUIT)
        printf("hello SIGQUIT\n");
 }
 
int main() {
    printf("I'm %d\n", getpid());//获取该进程pid
    
    sigset_t st, oldst;
    sigemptyset(&st); //初始化st所指向的信号集,使其所有信号的对应位清零 
    sigaddset(&st, SIGINT); //在该信号集st中添加SIGINT(2)信号
    sigaddset(&st, SIGTSTP);//在该信号集st中添加SIGTSTP(20)信号
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &st, &oldst);//SIG_BLOCK将st所指向的信号集中包含的信号加到当前的信号掩码中，st为指向信号集的指针，在此专指新设的信号集，oldst存放原来的信号集
    printf("new set:");
    printsigset(&st);
    printf("old set:");
    printsigset(&oldst);
 
    if (SIG_ERR == signal(SIGINT, handler)) {
        perror("signal SIGINT");
        return 1;
    }
    
    if (SIG_ERR == signal(SIGQUIT, handler)) {
        perror("signal SIGQUIT");
        return 1;
    }
    
    puts("");
    
    int n = 0;

    while(1) {
        sigpending(&st);//获取当前的pending信号
        printsigset(&st);//打印未决信号集
        puts("");
        sleep(1);//间隔1秒
        
        if (n == 10) {//10s后
            sigset_t tmp;
          sigemptyset(&tmp);
            sigaddset(&tmp, SIGINT);
          sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &tmp, NULL); //SIG_UNBLOCK将tmp所指向的信号集中包含的信号从当前的信号掩码中删除
        }  
        
      ++n;
    }
  return 0;
}

View Code

6.举例说明 sigaction() 函数的使用
不同于 signal 函数， sigaction 函数是符合 POSIX 标准的，而 signal 只是 ANSIC 定义的函数。除了上面的区别外， sigaction 提供了更多的功能。比如它可以处理带参数的信号，在信号处理的时候，可以屏蔽其它信号等等。

我们通过 man 2 sigaction 来查看手册：

下面给出一个程序来说明 sigaction() 函数的使用，程序注册了信号 SIGINT 和 SIGTSTP . 需要注意的一点是 sa_mask 被设置为 SIGINT ，它表示当执行信号处理函数的时候，阻塞SIGINT信号。我在 handler 函数加入了一打印未决信号的功能，以验证执行到 handler 的时候发送 SIGINT 是被阻塞住的。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void printsigset(const sigset_t *set)
{
    int i;
    for (i = 1; i <= 64; i++) {
        if (i==33)
            putchar(' ');
        if (sigismember(set, i) == 1)
            putchar('1');
        else
            putchar('0');
    }
    puts("");
}
 
void handler(int sig) {
    if (sig == SIGTSTP)
        printf("hello SIGTSTP\n");
    if (sig == SIGINT)
        printf("hello SIGINT\n");
    sleep(5);
    sigset_t st;
    sigpending(&st);
    printsigset(&st);
}

int main() {
    printf("I'm %d\n", getpid());
    struct sigaction act, oldact; 
    act.sa_handler = handler; // 设置信号处理函数
 
    // 向 sa_mask 中添加 SIGINT
    sigemptyset(&act.sa_mask);//sa_mask调用信号处理函数时的信号屏蔽字 
    sigaddset(&act.sa_mask, SIGINT);//sigaddset函数添加需要被捕捉的信号SIGINT
    act.sa_flags = 0; // 置0表示可以屏蔽正在处理的信号
 
  sigaction(SIGTSTP, &act, &oldact);//设置与信号SIGTSTP关联的动作 oldact保存原先对该信号动作的位置 act设置指定信号的动作 
    sigaction(SIGINT, &act, &oldact);
 
    while(1) {
        write(STDOUT_FILENO, ".", 1);
        pause();
    }
    return 0;
}

View Code

1)当程序运行的时候， Ctrl+C 进入 handler ，然后立即 Ctrl+Z 发现 handler 还未执行完就被 SIGTSTP 打断.
2)当程序运行的时候， Ctrl+Z 进入 handler ，然后立即 Ctrl+C 发现并不会被 SIGINT 打断，这是因为该 handler 注册的时候被设置了 SA_MASK = SIGINT 。最后 handler 结束的时候打印了未决信号集，发现里头有 SIGINT 。所以 handler 结束后，又去继续对 SIGINT 进行处理

posted @ 2021-06-03 17:39 chriszyx 阅读(74) 评论(0) 收藏举报

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