第九周学习笔记

第六章   信号和信号处理

一、主要内容

1.信号和中断

信号：发给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理。
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。
终端主要有以下几种类型

• 人员中断
• 进程中断
• 硬件中断

• 进程的陷阱错误
  

2.Unix/Linux信号

（1）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。在内核模式下,每个进程都要检查和处理未完成的信号。进程对大多数信号的默认操作是调用内核的kexit(exitValue)函数来终止。在Linux中，exitValue的低位字节是导致进程终止的信号编号。
（2）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。
（3）用户再次登录时也许会发现(通过ps-u LTD)后台进程仍在运行。用户可以使用sh命令kill pid (or kill -s 9 pid)杀死该进程。

3.Unix/Linux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
信号的来源有如下三种：

• 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。
  

4.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。

如果信号位向量中的位I为1,则会生成一个信号I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。

5.信号捕捉函数

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，SIGK1LL (9)和SIGSTOP (19)除外，它们不能修改。signal()系统调用在所有类Unix系统中均可用，但它有一些缺点：

• 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。
• signal()不能阻塞其他信号。
• signal()可能不适用于多线程程序中的线程。

• 不同Unix版本的signal。可能会有所不同。
  
  所以现在signal()已经被sigaction()函数所代替，它的原型是int sigaction (int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);，sigaction结构体的定义为

其中重要的字段如下：

• sa_handler :该字段是指向处理函数的指针，该函数与signal()的处理函数有相同的原型。
• sa_sigaction：该字段是运行信号处理函数的另一种方法。它的信号编号旁边有两个额外参数，其中siginfo t *提供关于所接收信号的更多信息。
• sa_mask：可在处理函数执行期间设置要阻塞的信号。

• sa_flags :可修改信号处理进程的行为。若要使用sa_sigaction处理函数，必须将sa_flags设置为SA_SIGINFO。
  

6.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：

（1）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。

（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）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。

（4）POSIX消息队列

（5）线程同步机制

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。

（6）套接字

用于跨网络进程通信的IPC机制。

二、实践内容

使用信号捕捉函数和long jump来绕过导致段错误的程序代码，使程序继续执行或正常终止

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<setjmp.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)
longjmp(env,1234);
}
int BAD()
{
int *ip=0;
printf("in BAD():try to dereference NULL pointer\n");
*ip=123;
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");
while(1);
}

 

 

C语言实现一个消息的IPC

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<string.h>
#define LEN 64
int ppipe[2];
int pid;
char line[LEN];
int parent()
{
printf("parent %d running\n",getpid());
close(ppipe[0]);
while(1){
printf("parent %d: input a line : \n",getpid());
fgets(line,LEN,stdin);
line[strlen(line)-1]=0;
printf("parent %d write to pipe\n",getpid());
write(ppipe[1],line,LEN);
printf("parent %d send signal 10 to %d\n",getpid(),pid);
kill(pid,SIGUSR1);
}
}
void chandler(int sig)
{
printf("\nchild %d got an interrupt sig=%d\n",getpid(),sig);
read(ppipe[0],line,LEN);
printf("child %d get a message = %s\n",getpid(),line);
}
int child()
{
char msg[LEN];
int parent = getppid();
printf("child %d running\n",getpid());
close(ppipe[1]);
signal(SIGUSR1,chandler);
while(1);
}
int main()
{
pipe(ppipe);
pid=fork();
if(pid)
parent();
else
child();
}

 

 

sigaction函数的功能是检查或修改与指定信号相关联的处理动作（可同时两种操作）
执行该程序时，ctrl+c，第一次不会导致程序的结束。而是继续执行，当用户再次执行ctrl+c的时候，程序采用结束。

#include <stdio.h>  
#include <signal.h>  
  
  
void WrkProcess(int nsig)  
{  
        printf("WrkProcess .I get signal.%d threadid:%d/n",nsig,pthread_self());  
  
  
        int i=0;  
        while(i<5){  
                printf("%d/n",i);  
                sleep(1);  
                i++;  
        }  
}  
  
int main()  
{  
        struct sigaction act,oldact;  
        act.sa_handler  = WrkProcess;  
        act.sa_flags = SA_NODEFER | SA_RESETHAND;     
  
        sigaction(SIGINT,&act,&oldact);  
  
        printf("main threadid:%d/n",pthread_self());  
  
        while(1)sleep(5);  
  
        return 0;  
}