信号的捕捉

目录

一、内核态与用户态的切换

二、 sigaction

参数介绍​编辑

三、 signal

四、某个信号在正在捕捉期间,该信号不允许再次被递达

五、可重入与不可重入函数(描述函数的特性)

 

六、volatile关键字

七、SIGCHLD信号


一、内核态与用户态的切换

cpu执行的我们的代码,不只是用户层级的。我们代码牵扯大量的系统调用,系统调用属于OS

因此调用系统调用的时候,属于内核态,执行系统调用属于内核的数据,因此需要将身份从用户态切换到内核态。

用户态:只能访问自己的代码和数据

内核态:访问内核的代码和数据

收到信号,进入内核(block、pending、handler三张表),调用handler方法,重新进入用户,用户代码执行结束重新返回内核。

二、 sigaction

#include <signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);
sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作。调用成功则返回0,出错则返回- 1。signo是指定信号的编号。若act指针非空,则根据act修改该信号的处理动作。若oact指针非 空,则通过oact传出该信号原来的处理动作。act和oact指向sigaction结构体。
将sa_handler赋值为常数SIG_IGN传给sigaction表示忽略信号,赋值为常数SIG_DFL表示执行系统默认动作,赋值为一个函数指针表示用自定义函数捕捉信号,或者说向内核注册了一个信号处理函 数,该函数返回值为void,可以带一个int参数,通过参数可以得知当前信号的编号,这样就可以用同一个函数处理多种信号。显然,这也是一个回调函数,不是被main函数调用,而是被系统所调用。

参数介绍

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

三、 signal

signal除了可以自定义传入方法,还可以将参数二设置为:SIG_IGN(忽略。注意:忽略是收到了,但是不处理),SIG_DFL(默认方法)

signal处理方式:默认 忽略 自定义

四、某个信号在正在捕捉期间,该信号不允许再次被递达

当某个信号的处理函数被调用时 , 内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字 ,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字 , 这样就保证了在处理某个信号时 , 如果这种信号再次产生 ,那么 它会被阻塞到当前处理结束为止。 如果在调用信号处理函数时 , 除了当前信号被自动屏蔽之外 , 还希望自动屏蔽另外一些信号 , 则用 sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号 , 当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。

再次发送二号信号,发现二号信号而屏蔽(block表)+阻塞(pending表)

五、可重入与不可重入函数(描述函数的特性)

main函数调用insert函数向一个链表head中插入节点node1,插入操作分为两步,刚做完第一步的 时候,因为硬件中断使进程切换到内核,再次回用户态之前检查到有信号待处理,于是切换 到sighandler函数,sighandler也调用insert函数向同一个链表head中插入节点node2,插入操作的 两步都做完之后从sighandler返回内核态,再次回到用户态就从main函数调用的insert函数中继续 往下执行,先前做第一步之后被打断,现在继续做完第二步。结果是,main函数和sighandler先后 向链表中插入两个节点,而最后只有一个节点真正插入链表中了。
像上例这样,insert函数被不同的控制流程调用,有可能在第一次调用还没返回时就再次进入该函数,这称为重入,insert函数访问一个全局链表,有可能因为重入而造成错乱,像这样的函数称为 不可重入函数,反之,如果一个函数只访问自己的局部变量或参数,则称为可重入(Reentrant) 函数。想一下,为什么两个不同的
控制流程调用同一个函数,访问它的同一个局部变量或参数就不会造成错乱?

以下是一个不可重入函数的例子:

int counter = 0;void increment() {counter++;  // 使用了全局变量
}void thread_function() {for (int i = 0; i < 1000; i++) {increment();  // 如果多个线程同时调用increment,会导致竞态条件}
}

1.可通过加锁来保护数据从而让函数可重入。2.不让该函数被多执行流重复进入

如果一个函数符合以下条件之一则是不可重入的:
调用了malloc或free,因为malloc也是用全局链表来管理堆的。
调用了标准I/O库函数。标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构

 

六、volatile关键字

该关键字在C当中我们已经有所涉猎,今天我们站在信号的角度重新理解一下
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int flag = 0;
void handler(int sig)
{printf("chage flag 0 to 1\n");flag = 1;
}
int main()
{signal(2, handler);while(!flag);printf("process quit normal\n");return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ cat Makefile 
sig:sig.cgcc -o sig sig.c #-O2
.PHONY:clean
clean:rm -f sig
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
^Cchage flag 0 to 1
process quit normal

标准情况下,键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉,执行自定义动作,修改 flag=1 , while 条件不满足,退出循环,进程退出

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int flag = 0;
void handler(int sig)
{printf("chage flag 0 to 1\n");flag = 1;
}
int main(){signal(2, handler);while(!flag);printf("process quit normal\n");return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ cat Makefile 
sig:sig.cgcc -o sig sig.c -O2
.PHONY:clean
clean:rm -f sig
[hb@localhost code_test]$ ./sig 
^Cchage flag 0 to 1
^Cchage flag 0 to 1
^Cchage flag 0 to 1
优化情况下,键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉,执行自定义动作,修改 flag=1 ,但是 while 条件依旧满足,进程继续运行!但是很明显flag肯定已经被修改了,但是为何循环依旧执行?很明显, while 循环检查的flag,并不是内存中最新的flag,这就存在了数据二异性的问题。 while 检测的flag其实已经因为优化,被放在了CPU寄存器当中。如何解决呢?很明显需要 volatile。
volatile禁止传递优化,保证数据每次都是从内存读取的。(避免寄存器屏障)
        

七、SIGCHLD信号

过用 wait waitpid 函数清理僵尸进程 , 父进程可以阻塞等待子进程结束 ,也可以非阻 塞地查询是否有子进程结束等待清理 ( 也就是轮询的方式 ) 。采用第一种方式 , 父进程阻塞了就不 能处理自己的工作了 ; 采用第二种方式 ,父进程在处理自己的工作的同时还要记得时不时地轮询一 下 , 程序实现复杂。
其实 , 子进程在终止时会给父进程发 SIGCHLD 信号 , 该信号的默认处理动作是忽略 , 父进程可以自 定义 SIGCHLD 信号
的处理函数 , 这样父进程只需专心处理自己的工作 , 不必关心子进程了 , 子进程 终止时会通知父进程 ,父进程在信号处理函数中调用 wait 清理子进程即可。
事实上,由于UNIX 的历史原因,要想不产生僵尸进程还有另外一种办法:父进程调 用sigactionSIGCHLD的处理动作置为SIG_IGN,这样fork出来的子进程在终止时会自动清理掉,不 会产生僵尸进程,也不会通知父进程。系统默认的忽略动作和用户用sigaction函数自定义的忽略 通常是没有区别的,但这是一个特例。此方法对于Linux可用,但不保证在其它UNIX系统上都可用。

但是前提是保证父进程没有退出。这样父进程就不需要阻塞等待或者轮询等待

只有子进程退出发送信号时,父进程才回去处理这个信号。

但是为了稳妥,最好是手动设置处理方式

signal(17,handler);

void handler(int signo)
{sleep(5);pid_t rid;while ((rid = waitpid(-1, nullptr, WNOHANG)) > 0){cout << "I am proccess: " << getpid() << " catch a signo: " << signo << "child process quit: " << rid << endl;}
}

注意内部需要设置WNOHANG。

将循环条件设置为等待,这样等待成功,返回1,大于0,执行循环体。下一次会再次进行循环条件的判断。

这样就算是多个进程同时结束,也可以正确等待进程(暂时未被等待的进程处在zombie状态)。

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