实验七、信号

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学号-姓名	18043119-彭文湛
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+\ 。
   

(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。

在终端通过输入 kill -l 来查看当前系统当中的信号列表:

重新运行程序:

看到程序输出自己的 pid 是2254，在另开一个终端,通过 kill 命令向该进程发送信号;

再切换到运行程序的终端来观察进程接收到信号后的反应:

对于 kill 命令我们可以查看手册:

man kill

(3)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

#include <stdio.h> 
#include <unistd.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;
}

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2784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。

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：
(1)忽略信号
(2)终止（杀死）进程
(3)产生核心转储文件，同时 终止进程
(4)停止进程
(5)恢复之前被暂停的进程继续运行
这里可以通过signal()来改变进程对某个信号的处置方式。signal()是目前为止见过最复杂的函数。

//catchsignal.c
#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 CTRL+\
			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); // 删除这一行，再给程序发信号，看看 main 函数打点的情况。
}
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;
}

3.通过举例说明 alarm() 函数和 setitimer() 函数的使用。

查看两个函数的手册：

(1)man 2 alarm
(2)man 2 setitimer

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。
例子：

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

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。

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+C 。
接下来我们用 setitimer() 函数实现 alarm() 函数

程序在运行1秒钟后被 SIGALRM 信号结束。

试分析一下 alarm() 函数和 setitimer() 函数的区别?
alarm()函数，当定时时间到了，就会产生SIGALRM信号结束进程。
setitimer()函数从开始计时到时间结束，会产生SIGALRM信号，
若it_interval的值为0，则不会重新启动该定时器，调用 setitimer()失败，返回-1，结束进程。

4.举例说明信号集操作函数的使用

通过命令 man 3 sigsetops 来查看手册

编写一个打印 sigset_t 的函数

#include <unistd.h> 
#include <signal.h> 
#include <stdio.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(""); 
}

#include <unistd.h> 
#include <signal.h> 
#include <stdio.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(""); 
}

int main()
 { 
	sigset_t st; 
	printf("1. create set\n"); 
	printsigset(&st); 
	printf("\n2. vertify sigset_t is a 64-bit integer\n"); 
	unsigned int test[2] = {0xf0f0f0f0, 0xf0f0f0f0}; 
	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); 
	printsigset(&st); 
	// empty set 
	printf("\n4. empty set\n"); 
	sigemptyset(&st); 
	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); 
	sigaddset(&st, SIGINT); 
	sigaddset(&st, SIGKILL); 
	sigaddset(&st, SIGSYS); 
	sigaddset(&st, SIGRTMIN); 
	sigaddset(&st, SIGRTMAX); 
	printsigset(&st); 
	// delete sig 
	printf("\n6. delete SIGKILL from set\n"); 
	sigdelset(&st, SIGKILL); 
	printsigset(&st); 
	// is member 
	printf("\n"); 
	if (sigismember(&st, SIGKILL)) 
	{ 
		printf("SIGKILL is member\n"); 
	}
	if (sigismember(&st, SIGINT)) 
	{ 
		printf("SIGINT is member\n"); 
	}
	return 0; 
} 

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。

通过 man sigprocmask 来查看手册

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。

通过 man sigpending 来查看手册

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。

//sigblock.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.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 == SIGINT)
		printf("hello SIGINT\n");
	if (sig == SIGQUIT)
		printf("hello SIGQUIT\n");
 }
 
int main() {
	printf("I'm %d\n", getpid());
	
	sigset_t st, oldst;
	sigemptyset(&st);
	sigaddset(&st, SIGINT);
	sigaddset(&st, SIGTSTP);
	sigprocmask(SIG_BLOCK, &st, &oldst);
	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);
		printsigset(&st);
		puts("");
		sleep(1);
		
		if (n == 10) {
			sigset_t tmp;
			sigemptyset(&tmp);
			sigaddset(&tmp, SIGINT);
			sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &tmp, NULL);
		}  
		
		++n;
	}
	return 0;
}

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 ANSI C 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。

可通过 man 2 sigaction 来查看手册

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，阻塞信 SIGINT 信号。
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。

//sigaction.c
#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; // 设置普通信号处理函数
 
	// 向 sa_mask 中添加 SIGINT
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	sigaddset(&act.sa_mask, SIGINT);
	act.sa_flags = 0; // 先置 0
 
	sigaction(SIGTSTP, &act, &oldact);
	sigaction(SIGINT, &act, &oldact);
 
	while(1) {
		write(STDOUT_FILENO, ".", 1);
		pause();
	}
	return 0;
}

(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。