学习笔记9

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。读者可借助该编程项目，使用信号和管道来实现用于进程交换信息的进程间通信机制。

信号和中断

信号：发送给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理。
中断：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。
中断主要分类：

人员中断
进程中断
硬件中断
进程的陷阱错误

Unix/Linux信号示例

Ctrl+C：当前运行的进程终止。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SIDINT(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。
nohup a.out&：在后台运行一个程序，即使用户推出后，进程仍然继续执行。
kill pid (or kill -s 9 pid)：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。

Unix/Linux信号处理

信号类型

#define SIGHUP 1 
#define SIGINT 2 
#define SIGQUIT 3 
#define SIGILL 4 
#define SIGTRAP 5     
#define SIGABRT 6 
#define SIGIOT 6 
#define SIGBUS 7 
#define SIGFPE 8     
#define SIGKILL 9 
#define SIGUSR1 10 
#define SIGSEGV 11 
#define SIGUSR2 12 
#define SIGPIPE 13 
#define SIGALRM 14 
#define SIGTERM 15 
#define SIGSTKFLT 16 
#define SIGCHLD 17 
#define SIGCONT 18 
#define SIGSTOP 19 
#define SIGTSTP 20 
#define STGTTTN 21 
#define SIGTTOU 22 
#define SIGURG 23 
#define SIGXCPU 24 
#define SIGXFSZ 25 
#define SIGVTALRM 26 
#define SIGPROF 27 
#define SIGWINCH 28 
#define SIGPOLL 29 
#define SIGPWR 30 
#define SIGSYS 31

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。
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。

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。因此，该进程会先迂回执行捕捉函数，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。这意味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BSDUnix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。感兴趣的读者可参考关于Linux 信号和sigaction函数的手册页，以了解更多详细信息。
(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。例如，当某进程等待终端输入时，它会以低优先级休眠，这种休眠是可中断的，SIGINT这类信号即可唤醒它。
信号与异常

作为进程异常的统一处理方法：当进程遇到异常时，它会陷入内核模式，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在内核模式下发生异常，内核只打印一条PANIC错误消息，然后就停止了。如果在用户模式下发生异常，则进程通常会终止，并以内存转储进行调试。
让进程通过预先安装的信号捕捉函数处理用户模式下的程序错误。这类似于MVS [IBM MVS]中的 ESPIE 宏。
在特殊情况下，它会让某个进程通过信号杀死另一个进程。注意，这里所说的杀死并不是直接杀死某个进程。

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

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。
信号
System V IPC
POSIX消息队列
线程同步机制
套接字