20191324读书笔记9

第六章：信号和信号处理

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

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。与发送给CPU的中断请求一样，“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：一个“进程”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。
• “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。
• 根据来源，中断可分为三类：来自硬件的中断；来自其他人的中断；自己造成的中断
• 按照紧急程度，中断可分为以下几类:不可屏蔽(NMI)；可屏蔽。
• 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。
  每个进程中断都被转换为一个唯一ID号，发送给进程。与多种类的人员中断不同，我们始终可限制在一个进程中的中断的数量。Unix/Linux中的进程中断称为信号，编号为1到31。进程的PROC结构体中有对应每个信号的动作函数，进程可在收到信号后执行该动作函数。与人员类似，进程也可屏蔽某些类型的信号，以推迟处理。必要时，进程还可能会修改信号动作函数。
• 硬件中断：
  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。
  毎个中断都有唯一的中断向量号。动作函数是中断向量表中的中断处理程序。
• 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。

Unix/Linux 信号示例

• 按"Ctrl+C”组合键通常会导致当前运行的进程终止。原因如下：“Ctrl+C”组合 键会生成一个键盘硬件中断。键盘中断处理程序将"Ctrl+C”组合键转换为SIGINT(2)信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输入的进程。
• 用户可使用nohup a.out &命令在后台运行一个程序。即使在用户退出后，进程仍将继续运行。nobup命令会使sh像往常一样复刻子进程来执行程序，但是子进程会忽略SIGHuP(1)信号。当用户退出时，sh会向与终端有关的所有进程发送一个SIGHUP信号。后台进程在接收到这一信号后，会忽略它并继续运行。为防止后台进程使用终端进行I/O,后台进程通常会断开与终端的连接(通过将其文件描述符0、1、2重定向到/dev/null)，使其完全不受任何面向终端信号的影响。
• 用户可以使用sh命令killpid(orkill-s9pia)杀死该程。方法如下。执行杀死的进程向pid标识的目标进程发送一个SIGTERM ( 15 )信号，请求它死亡。目标进程将会遵从请求并终止。如果进程选择忽略SIGTERM信号，它可能拒绝死亡。

Unix/Linux中的信号处理

• 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
• 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
  来自其他进程的信号：进程可使用kill(pid, sig)系统调用向pid标识的目标进程发送信号。
• 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。可使用一系列系统调用，如sigmasks sigsetmask, siggetmask. sigblock等设置、清
  除和检查MASK位向量。待处理信号只在未被屏蔽的情况下才有效。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0表示DEFault(默认)，1表示IGNore(忽略)
• 进程可使用系统调用：int r = signal(int signal_numberr void *handler)来修改选定信号编号的处理函数
• signal()系统调用在所有类Unix系统中均可用，但它有一些不理想的特点:
  (1)在执行已安装的信号捕捉函数之前，通常将信号处理函数重置为DEFault。为捕捉 下次出现的相同信号，必须重新安装捕捉函数。这可能会导致下一个信号和信号处理函数重 新安装之间出现竞态条件：相反，sigaction()在执行当前捕捉函数时会自动阻塞下 个信号,因此不会出现竟态条件。
  (2)signal()不能阻塞其他信号。必要时，用户必须使用sigprocmask。显式地阻塞或解 锁其他信号。相反，sigaction()可以指定要阻塞的其他信号”
  (3)signal只能向捕捉函数发送一个信号编号。sigaction ()可以传输关于信号的其他 信息。
  (4)signal()可能不适用于多线程程序中的线程。sigaction ()适用于线程。
  (5)不同Unix版本的signal。可能会有所不同。sigaction()釆用的是POISX标准，可移植性更好。
• sigaction()是一个系统调用。它的原型是：int sigaction (int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
  sigaction结构体的定义为；

struct sigaction{
void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask；
int	sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);

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DEFaulta然后，它会在用户模式下返回，以执行埔捉函数，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。因此,该进程会先迁回执行捕捉函数，然后再恢复正常执行。
(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。这意昧着用户安装的捕捉函数只对首次出现的信号有效。若要捕捉再次出现的同一信号，则必须重新安装捕捉函数。但是，用户安装的信号捕捉函数的处理方法并不都一样，在不同 Unix版本中会有所不同。例如，在 BSD Unix中，信号处理函数不会被重置，但是该信号在执行信号捕捉函数时会被阻塞。
(3）信号和唤醒:在Unix/Lintux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。

实践

t7.c

#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);
}

运行截图：

书中代码有问题，t7.c头文件缺少string.h，最后一个打印缺少传参getpid（）