20191305李天琦第六章学习笔记
20191305李天琦第六章学习笔记
摘要：本章讲述了信号和信号处理；介绍了信号和中断的统一处理，有助于从正确的角度看待信号；将信号视为进程中断，将进程从正常执行转移到信号处理；解释了信号的来源，包括来自硬件、异常和其他进程的信号；然后举例说明了信号在Unix/Linux中的常见用法；详细解释了Unix/Linux中的信号处理，包括信号类型、信号向量位、信号掩码位、进程PROC结构体中的信号处理程序以及信号处理步骤；用示例展示了如何安装信号捕捉器来处理程序异常，如用户模式下的段错误；还讨论了将信号用作进程间通信（IPC）机制的适用性。
1.信号和中断
（1）首先，我们将进程的概念概括为：一个"进程"（引号中）就是一系列活动。广义的"进程"包括
● 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。
（2）"中断"是发送给"进程"的事件，它将"进程"从正常活动转移到其他活动，称为"中断处理"。"进程"可在完成"中断"处理后恢复正常活动。
（3）"中断"一词可应用于任何"进程"，并不仅限于计算机中的CPU。
人员中断：根据来源，中断可分为三类：
●来自硬件的中断∶大楼着火，闹钟响了等。
●来自其他人的中断∶电话响了，有人敲门等。
●自己造成的中断∶切到手指，吃得太多等。
按照紧急程度，中断可分为以下几类∶
●不可屏蔽（NMI）∶大楼着火！
●可屏蔽∶有人敲门等。
2.进程中断
这类中断是发送给进程的中断。当某进程正在执行时，可能会收到来自3个不同来源的中断：
●来自硬件的中断：终端、间隔定时器的"Ctrl+C"组合键等。
●来自其他进程的中断：kill（pid，SIG#）、death_of_child 等。
●自己造成的中断∶除以0、无效地址等。
（1）这类中断是发送给处理器或CPU的信号。它们也有三个可能的来源：
●来自硬件的中断：定时器、I/O设备等。
●来自其他处理器的中断：FFP、DMA、多处理器系统中的其他 CPU。
●自己造成的中断：除以0、保护错误、INT指令。
（2）进程的陷阱错误
进程可能会自己造成中断。这些中断是由被 CPU 识别为异常的错误引起的，例如除以0、无效地址、非法指令、越权等。当进程遇到异常时，它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在用户模式下发生异常，则进程的默认操作是终止，并使用一个可选的内存转储进行调试。如果在内核模式下发生陷阱，原因一定是硬件错误，或者很可能是内核代码中的漏洞，在这种情况下，内核无法处理。
3.Unix/Linux中的信号处理
（1）Unix/Linux支持31种不同的信号，每种信号在 signal.h文件中都有定义。
#define SIGHUP
#define SIGINT
#define SIGQUIT
#define SIGILL #define SIGTRAP
#define SIGABRT #define SIGIOT
#define SIGBUS
#define SIGFPE
#define SIGKILL
#define SIGUSR1
#define SIGSEGV
#define SIGUSR2
#define SIGPIPE #define SIGALRM
#define SIGTERM
#define SIGSTKFLT
#define SIGCHLD
#define SIGCONT
#define SIGSTOP
#define SIGTSTP
#define SIGTTIN
#define SIGTTOU
#define SIGURG
#define SIGXCPU
#define SIGXFSZ
#define SIGVTALRM
#define SIGPROF
#define SIGWINCH
#define SIGPOLL
#define SIGPWR
#define SIGSYS
（2）信号的来源
来自硬件中断的信号：在进程执行过程中，一些硬件中断被转换为信号发送给进程。
来自异常的信号：当用户模式下的进程遇到异常时，会陷入内核模式，生成一个信号，并发送给自己。常见的陷阱信号有SIGFPE（8），表示浮点异常（除以0），最常见也是最可怕的是SIGSEGV（11），表示段错误，等等。
来自其他进程的信号：进程可使用kil（pid，sig）系统调用向 pid标识的目标进程发送信号。读者可以尝试以下实验。
（3）信号处理函数
每个进程PROC 都有一个信号处理数组 int sig[32]。Sig[32]数组的每个条目都指定了如何处理相应的信号，其中0表示 DEFault（默认）.1表示 IGNore（忽略）.其他非零值表示用户模式下预先安装的信号捕捉（处理）函数。下图给出了信号位向量、屏蔽位向量和信号处理函数。
4.信号处理步骤
（1）当某进程处于内核模式时，会检查信号并处理未完成的信号。如果某信号有用户安装的捕捉函数，该进程会先清除信号，获取捕捉函数地址，对于大多数陷阱信号，则将已安装的捕捉函数重置为 DEFault。然后，它会在用户模式下返回，以执行捕捉函数，以这种方式篡改返回路径。当捕捉函数结束时，它会返回到最初的中断点，即它最后进入内核模式的地方。
（2）重置用户安装的信号捕捉函数：用户安装的陷阱相关信号捕捉函数用于处理用户代码中的陷阱错误。由于捕捉函数也在用户模式下执行，因此可能会再次出现同样的错误。如果是这样，该进程最终会陷入无限循环，一直在用户模式和内核模式之间跳跃。为了防止这种情况，Unix 内核通常会在允许进程执行捕捉函数之前先将处理函数重置为 DEFault。这意味着用户安装的捕捉函数只对首次出现的信号有效。
（3）信号和唤醒：在Unix/Linux，内核中有两种 SLEEP进程;深度休眠进程和浅度休眠进程。前一种进程不可中断，而后一种进程可由信号中断。如果某进程处于不可中断的SLEEP 状态，到达的信号（必须来自硬件中断或其他进程）不会唤醒进程。如果它处于可中断的SLEEP状态，到达的信号将会唤醒它。
5.信号与异常
Unix信号最初设计用于以下用途
1.作为进程异常的统一处理方法；
2.让进程通过预先安装的信号捕捉函数用户模式下的程序错误；
3.在特殊情况下，它会让某一个进程通过信号杀死另一个进程。
6.Linux中的IPC
1.管道和FIFO
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。
2.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。
3.线程同步机制
Linux 不区分进程和线程。在 Linux中，进程是共享某些公共资源的线程。如果是使用有共享地址空间的clone（系统调用创建的进程，它们可使用互斥量和条件变量通过共享内存进行同步通信。另外，常规进程可添加到共享内存，使它们可作为线程进行同步。
最有收获的内容
sigaction()的使用
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
void handler(int sig,siginfo_t *siginfo,void *context)
{
printf("handler:sig=%d from PID=%d UID=%d\n",sig,siginfo->si_pid,siginfo->si_uid);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
struct sigaction act;
memset(&act,0,sizeof(act));
act.sa_sigaction = &handler;
act.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigaction(SIGTERM,&act, NULL);
printf("proc PID=%d looping\n");
printf("enter Kill PID to send SIGTERM signal to it\n",getpid());
while(1){
sleep(10);
}
}
