学习笔记9

第六章知识点

信号和中断

中断是从I/O设备或协处理器发送到CPU的外部请求，它将CPU从正常执行转移到中断处理。
- 人员中断
  - 来源
    - 来自硬件的中断
    - 来自他人的中断
    - 自己造成的中断
  - 紧急程度
    - 不可屏蔽
    - 可屏蔽
- 进程中断
  - 来自硬件的中断
  - 来自他人的中断
  - 自己造成的中断
- 硬件中断
  - 来自硬件的中断
  - 来自他人的中断
  - 自己造成的中断
- 进程的错误陷阱
信号是发送给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理。
*进程
- 从事日常事务的人
- 在用户模式或内核模式下运行的Unix/Linux进程
- 执行机器指令的CPU

Unix/Linux信号示例

按Ctrl+C会使当前进程停止；
可使用nohup a.out &命令在后台运行一个程序
可使用kill pid （or kill -s 9 pid）杀死进程

Unix/Linux中的信号处理

信号类型

Unix/Linux中的31种信号类型

信号的来源

来自硬件中断的信号
- 中断键
- 间隔定时器
- 其他硬件错误
来自异常的信号
来自其他进程的信号

进程PROC结构体中的信号

每个进程PROC都有一个32位向量，用来记录发送给进程的信号。在位向量中，每一位（0位除外）代表一个信号编号。此外，它还有一个信号MASK位向量，用来屏蔽相应的信号。待处理信号只有在未被屏蔽的情况下才有效。因此这样可以让进程延迟处理被屏蔽的信号，类似于CPU屏蔽某些中断。

信号处理函数

每个进程的PROC中都有一个信号处理数组 int sig[32]，sig[32]指向对应的信号处理方式。0表示默认DEFault，1表示忽略IGNore，其他值则对应其他用户模式下预先安装的信号处理(捕捉)函数。

如果信号位向量中的位为1，则会生成一个信号1或将其发送给进程。如果屏蔽位向量的位I为1，则信号会被阻塞或屏蔽。否则，信号未被阻塞。只有当信号存在并且未被阻塞时，信号才会生效或传递给进程。

安装信号捕捉函数

进程可使用系统调用int r = signal(int signal_number, void *handler);来修改选定信号编号的处理函数
已安装的信号处理函数将会进入捕捉函数入口:void catcher(int signal_number){···}
sigaction的结构体如下：

struct sigaction{
void (*sa_handler)(int);//指向处理函数
void (*sa_sigaction)(int ,siginfo_t * ,void *);//是运行信号处理函数的另一种方法，其中signfo_t*能够接受更多的信号
sigset_t sa_mask;//可在处理函数执行期间设置要阻塞的信号
int sa_flags;//修改信号处理进程的行为,若要使用sa_sigaction处理函数，此时本参数的值应为SA_SIGINFO
void (*sa_restorer)(void);
}

sigaction()的使用示例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h> 
#include<signal.h> 
#include<setjmp.h>
#include<string.h>
jmp_buf env;
int count = 0;
void handler(int sig, siginfo_t *siginfo, void *context)
{
printf ("handler: sig=%d from PID=%d UID=%d count=%d\n",
	       	sig, siginfo->si_pid, siginfo->si_uid, ++count); 
	if (count >= 4) // let it occur up to 4 times
		longjmp(env, 1234);
}
int BAD()
{
int *ip = 0;
printf("in BAD(): try to dereference NULL pointer\n");
*ip = 123;	// dereference a NULL pointer
printf("should not see this line\n");
}
int main (int argc, char *argv[])
{
int r;
struct sigaction act;
memset(&act, 0, sizeof(act));
act.sa_sigaction = &handler;
act.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigaction(SIGSEGV,&act,NULL);
if ((r = setjmp(env)) == 0)
	BAD();
else
	printf("proc %d survived SEGMENTATION FAULT: r=%d\n",getpid(), r);

printf("proc %d looping\n",getpid());
while(1);
}

信号处理步骤

检查信号并处理未完成的信号
重置用户安装的信号捕捉函数
信号和唤醒

信号与异常

Linux信号的用途：

作为进程异常的统一处理方法
让进程通过预先安装的信号捕捉函数处理用户模式下的程序错误
在特殊情况下，他会让某个进程通过信号杀死另一个进程

信号作用IPC

在许多操作系统的书籍中，信号被归类为进程间的通信机制。基本原理是一个进程可以向另一个进程发送信号，使它执行预先安装的信号处理函数。由于以下原因，这种分类即使不算不恰当也颇具争议。
该机制并不可靠，因为可能会丢失信号。每个信号由位向量中的一个位表示，只能记录一个信号的一次出现。如果某个进程向另一个进程发送两个或多个相同的信号，它们可能只在接收PROC中出现一次。实时信号被放入队列，并保证按接收顺序发送，但操作系统内核可能不支持实时信号。
竞态条件：在处理信号之前，进程通常会将信号处理函数重置为DEFault。要想捕捉同一信号的再次出现，进程必须在该信号再次到来之前重新安装捕捉函数。否则，下一个信号可能会导致该进程终止。在执行信号捕捉函数时，虽然可以通过阻塞同一信号来防止竞态条件，但是无法防止丢失信号。
大多数信号都有预定义的含义。不加区别地任意使用信号不仅不能达到通信的目的，反而会造成混乱。例如，向循环进程发送SIGSEGV(1Ⅱ)段错误信号，就像对水里游泳的人大喊：“你的裤子着火了！”
因此，试图将信号用作进程间通信手段实际上是对信号预期用途的过度延伸，应避免出现这种情况。

段错误捕捉函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 
#include <signal.h> 
#include <setjmp.h>
#include <string.h>

//#include <siginfo.h>

jmp_buf env;
int count = 0;

void handler(int sig, siginfo_t *siginfo, void *context)
{
    printf ("handler sig=%d from PID=%d UID=%d count=%d\n", sig, siginfo->si_pid, siginfo->si_uid, ++count); 
    if (count >= 4) // let it occur up to 4 times
        longjmp(env, 1234);
}

int BAD()
{
    int *ip = 0;
    printf("in BAD(): try to dereference NULL pointer\n");
    *ip = 123;	// dereference a NULL pointer
    printf("should not see this line\n");
}

int main (int argc, char *argv[])
{
    int r;
    struct sigaction act; 
    memset (&act, 0, sizeof(act)); 
    act.sa_sigaction = &handler; 
    act.sa_flags = SA_SIGINFO;
    sigaction(SIGSEGV, &act, NULL); 
    if ((r = setjmp(env)) == 0) 
        BAD();
    else
        printf("proc %d survived SEGMENTATION FAULT: r=%d\n",getpid(), r);

    printf ("proc %d looping\n" ,getpid());
    while(1);
}

Linux中的IPC

IPC是指用于进程间通信的机制。在Linux中，IPC包含以下组成部分：

管道和FIFO

一个管道有一个读取端和一个写入端。管道的主要用途是连接一对管道写进程和读进程。管道写进程可将数据写入管道，读进程可从管道中读取数据。管道控制机制要对管道读写操作进行同步控制。未命名管道供相关进程使用，命名管道是FIFO的，可供不相关进程使用。在Linux中的管道读取操作为同步和阻塞。如果管道仍有写进程但没有数据，读进程会进行等待。

信号

进程可使用kill系统调用向其他进程发送信号.其他进程使用信号捕捉函数处理信号，将信号用作IPC的一个主要缺点是信号只是用作通知，不含任何信息内容。

System V IPC

包括共享内存、信号址和消息队列。在Linux中，多种 System V 1PC函数，例如用于添加/移除共享内存的shmat/shmdt、用于获取/操作信号反的semget/semop和用于发送/接收消息的msgsnd/msgrcv,都是库包装函数，它们都会向 Linux内核发出一个ipc()系统调用。ipc()的实现是Linux所特有的，不可移植。