信号与操作系统软中断

一、什么是信号？

1.概述

　　信号量，是操作系统提供的一种用来传递特定消息的机制。通过这种方式，操作系统可以将程序运行过程中发生的各种特殊情况转发给程序，并执行相应的服务函数。

　　信号的出现是随机的，通过轮询的方式进行判断会消耗大量的CPU资源，所以采用异步事件处理方式，程序告诉操作系统，当某个信号到来时，应该以怎样的方式去处理，也就是当检测到信号到来，操作系统调用相应的服务函数。

2.信号与软件中断

　　软件中断则是指由计算机软件，通过 int 等机器指令引起的 CPU 执行流程的临时转移过程。比如系统调用，用户程序通过软件中断从用户态进入内核态，并使用内核提供的系统调用函数。

　　信号与软中断类似，当特定事件发生时，操作系统将对应的信号值发送给相关程序。如果应用程序未设置信号对应的处理程序，操作系统会执行默认处理程序，通常是终止程序。信号处理过程中，存在着 CPU 从用户程序到信号处理程序的执行流程转移。

3.在 C 代码中与信号交互

　　signal 相关信息可以参考文档。

　　signal 函数用于设置信号对应的处理程序，函数原型为 void (*signal( int sig, void (*handler) (int))) ，其中 sig 是信号类型，handler 是处理程序。信号类型有以下几种：

 signal 和 raise 作为一对函数，分别负责关联信号与处理函数，发送信号。

需要注意的是，操作系统对信号处理函数的调用，可能发生在程序执行的任何时刻，对实际执行产生未知影响。

4.可重入函数

　　存在这样一种情况，当应用程序正在执行函数 A 时，有个信号出现，使操作系统打断正在执行的程序，进入到处理函数中，如果处理函数恰好也执行了 A 函数。当处理函数结束后，继续执行之前未完成的 A 函数。处理函数调用未执行完的函数是否对函数的执行产生影响呢？

　　不可重入函数：当函数未执行完被打断后，在处理函数中再次调用，会影响前一次的调用。

　　可重入函数：不受中途打断和重新调用影响的函数。

为了尽量保证函数可重入，C 标准库提供了叫做 sig_atomic_t 的整数类型，该类型可以保证，即使存在可能由于中断导致的执行流程转移，对该类型变量的读写过程也都是原子的。

5.多线程应用的信号处理

　　C 语言没有对并发编程中的信号处理做任何规范上的约束和建议，这意味着，在多线程中使用 signal 和 raise 函数，可能会产生未定义的行为。这些函数如何影响程序执行，取决于不同的 C 标准库在操作系统上的实现。如果想要使程序具备可移植性，可以通过宏来区分不同的操作系统，并使用操作系统本身提供的信号处理 API 。