文章目錄 信號相關(guān)概念信號遞達(dá)信號未決信號阻塞內(nèi)核中的示意圖 信號集的操作函數(shù)

前面對于信號的產(chǎn)生中對操作系統(tǒng)有了一個基礎(chǔ)的認(rèn)知，對于一個真正的操作系統(tǒng)來說，進(jìn)程是由操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度的，那操作系統(tǒng)本身也是代碼，是由誰進(jìn)行調(diào)度的？

實(shí)際上是有一個CMOS時鐘這樣的硬件，通過特定的時鐘周期不斷地向CPU發(fā)送并觸發(fā)時鐘中斷，那么在觸發(fā)時鐘中斷的時候，實(shí)際上操作系統(tǒng)的內(nèi)部已經(jīng)綁定好了對應(yīng)的調(diào)度方法，所以在操作系統(tǒng)啟動的時候，就會提前把觸發(fā)的工作做好，在啟動之后就會變成一個死循環(huán)的軟件，這也就解釋了為什么在啟動了之后，操作系統(tǒng)雖然是軟件，但是卻不會關(guān)機(jī)，只有當(dāng)電腦關(guān)機(jī)后操作系統(tǒng)才會關(guān)機(jī)的原因，就是因為它本質(zhì)上就是一個死循環(huán)，所以基于中斷，一旦對應(yīng)的時鐘周期到了，就會執(zhí)行時鐘中斷對應(yīng)的方法，也就有了調(diào)度的方法，基于這樣的進(jìn)度就可以把進(jìn)程按照時間的節(jié)奏一步一步的走起來

其實(shí)換個角度來講，操作系統(tǒng)其實(shí)是一卡一卡的執(zhí)行的，因為它在執(zhí)行中間的這個時間間隔就是發(fā)送時鐘中斷的時間間隔，時鐘中斷的這個時間其實(shí)就是提醒操作系統(tǒng)去執(zhí)行對應(yīng)的調(diào)度方法，同時在中斷向量表中還會綁定一些硬件對應(yīng)的操作方法，所以最后得出的結(jié)論是，操作系統(tǒng)實(shí)際上是由硬件促使操作系統(tǒng)跑起來的

有了上述的思想認(rèn)知，再進(jìn)行對于進(jìn)程信號產(chǎn)生的回顧，進(jìn)程的信號產(chǎn)生是由操作系統(tǒng)寫入到進(jìn)程中，相當(dāng)于是操作系統(tǒng)向進(jìn)程發(fā)送信號，而在前面的認(rèn)知中知道，進(jìn)程對于信號的處理也并非是及時處理，而可能會保存到某個位置，在合適的時候進(jìn)行處理，那么現(xiàn)在接下來的話題就是，這個信號會如何進(jìn)行存儲，存儲之后又該如何進(jìn)行處理呢？

信號相關(guān)概念

信號遞達(dá)

第一個問題是，信號會被記錄存儲在哪里，結(jié)論是會被存儲到PCB中的位圖中，這個是之前就已經(jīng)有的結(jié)論，每一個進(jìn)程的PCB中都會有一個用來描述進(jìn)程接受的信號的位圖，借助這個位圖就可以獲取到該進(jìn)程收到了什么信號

接下來的問題是關(guān)于處理信號及其相關(guān)概念：

• 實(shí)際執(zhí)行信號的處理動作稱為信號遞達(dá)
• 信號從產(chǎn)生到遞達(dá)之間的狀態(tài),稱為信號未決
• 進(jìn)程可以選擇阻塞某個信號
• 被阻塞的信號產(chǎn)生時將保持在未決狀態(tài)，直到進(jìn)程解除對此信號的阻塞，才執(zhí)行遞達(dá)的動作

注意，阻塞和忽略是不同的，只要信號被阻塞就不會遞達(dá)，而忽略是在遞達(dá)之后可選的一種處理動作

下面基于這幾個名詞進(jìn)行解釋，首先解釋的信號遞達(dá)

所謂信號遞達(dá)，說的是當(dāng)進(jìn)程收到一個信號后，它需要在合適的時候處理這個信號，而這里的處理信號這個過程就叫做信號的遞達(dá)，簡單來說可以理解成，已經(jīng)收到這個信號，并且準(zhǔn)備處理這個信號了，這個處理的動作就叫做信號遞達(dá)

在前面的內(nèi)容中提到過，對于信號的處理有三種方式，第一種叫做忽略，第二種是默認(rèn)，第三種是自定義捕捉，這其實(shí)就是說信號遞達(dá)的問題，當(dāng)信號遞達(dá)后，也就是說此時信號已經(jīng)要進(jìn)行處理了，那么有上述的三種處理方式

給出下面的參考代碼

void handler(int signo)
{
    cout << "收到了" << signo << "號信號" << endl;
}

int main()
{
    cout << "pid:" << getpid() << endl;
    signal(2, handler);
    while (true)
        ;
    return 0;
}

此時對進(jìn)程發(fā)送2號信號，那么對應(yīng)的這個進(jìn)程就會調(diào)用自定義的處理方式，對應(yīng)的結(jié)果也符合預(yù)期，這個過程就是一個自定義捕捉的過程

SIG_DFL和SIG_IGN

void handler(int signo)
{
    cout << "收到了" << signo << "號信號" << endl;
}

int main()
{
    cout << "pid:" << getpid() << endl;
    signal(2, handler);
    signal(3, SIG_IGN);
    signal(4, SIG_DFL);
    while (true)
        ;
    return 0;
}

上面的兩個選項也是一種處理方式，可能這里會有疑問，為什么自定義函數(shù)的能和宏放到一起呢？signal函數(shù)的第二個參數(shù)可是函數(shù)指針

其實(shí)在內(nèi)部，是通過強(qiáng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換而來的，也是把一個宏對應(yīng)的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成了函數(shù)指針類型

在這當(dāng)中需要理清的一個邏輯是，在這當(dāng)中是有三種處理方式，忽略默認(rèn)自定義捕捉，這個忽略該如何理解？

忽略也算是處理

忽略也算處理，現(xiàn)在進(jìn)程收到了一個信號，那它該如何處理它呢？

答案是不處理，不處理就是忽略了這個信號，所以說忽略本質(zhì)上也算是三種處理方式中的一種，處理方式就是不管這個信號，忽略它

所以之后對于信號處理的三種方式，默認(rèn)自定義忽略，這三種處理方式有了一個統(tǒng)一的名字就叫做信號遞達(dá)，信號處理這個名詞也會被信號遞達(dá)這個概念所代替

信號未決

下面講述的概念是信號未決，信號未決通俗來講就是信號從產(chǎn)生到遞達(dá)這個階段的狀態(tài)就叫做信號未決，可以這樣理解，就是信號暫時還沒有被決定該如何處理，這個就叫做信號未決，就是說信號此時已經(jīng)有了，但是還沒有處理，在這個階段的狀態(tài)就叫做信號未決，這也是可以理解的內(nèi)容，因為在這個時間內(nèi)進(jìn)程可能在做更重要的事，還不能對這個信號做出處理，所以此時就要求需要對這個進(jìn)程有一定的保存能力，在保存信號的方面可以采用一個位圖來進(jìn)行保存普通信號，所以在信號產(chǎn)生到遞達(dá)之間的狀態(tài)，就叫做信號未決

換句話說，信號未決就是從產(chǎn)生到遞達(dá)這樣的一個狀態(tài)，當(dāng)信號產(chǎn)生的時候就要把它保存起來，遞達(dá)就要把信號處理掉，但是信號的處理不是立刻處理的，在這個過程中就是說信號是未決的

信號阻塞

這是一個新的概念，叫做阻塞，那如何理解阻塞呢？

阻塞簡單來講就是說某一個信號可以被阻塞，也有一種說法叫做被阻塞的信號可以保持在一個未決的狀態(tài)中，直到進(jìn)程解除對于該信號的阻塞才會調(diào)用對應(yīng)的執(zhí)行動作。

阻塞的含義可以理解為，信號產(chǎn)生后會保存到對應(yīng)的位圖中，此時信號所處的狀態(tài)就是信號未決，信號未決后，如果該信號被阻塞，那么這個信號就會一直保持未決的狀態(tài)，直到這個信號解除阻塞

忽略和阻塞

忽略是信號處理中的一種，也就是說信號遞達(dá)中包含忽略這種處理方式，而信號阻塞是導(dǎo)致不能夠信號遞達(dá)的一個原因，這兩個概念是不一樣的。

信號忽略是說，這個信號被忽略了，對于該信號的處理方式是忽略，而信號阻塞是壓根不處理這個信號，這個信號一直處于產(chǎn)生到遞達(dá)這樣的一個階段中，處于未決狀態(tài)，這兩個是截然不同的兩個概念，這也是可以理解的

信號是未決的，該信號一定被阻塞？

顯然是不對的，信號是未決的，可能是出于阻塞狀態(tài)，但是也可能是因為這個進(jìn)程正在做更重要的事，所以它暫時沒有被處理，處于未決狀態(tài)，但是當(dāng)這個進(jìn)程做完了當(dāng)前最重要的事，那么它一定會立刻對信號進(jìn)行處理，此時就不再是信號未決的狀態(tài)了

內(nèi)核中的示意圖

上圖表示的是，在進(jìn)程的PCB中存儲的關(guān)于信號的結(jié)構(gòu)信息，在PCB中關(guān)于信號會維護(hù)三張表，分別存儲的是信號的阻塞情況，表示有哪些信號被阻塞了，也存儲了信號的未決情況，表示有哪些信號此時遞達(dá)了，但是還沒有處理，也存儲了信號對應(yīng)的處理方式，表示信號對應(yīng)的處理方式是什么，默認(rèn)忽略或是自定義捕捉

在內(nèi)核源碼中，對于上述這三張表的定義也總結(jié)如下，可以看到對應(yīng)的handler處理方法中存儲了對應(yīng)的函數(shù)指針，表示的就是不同信號的處理方式：

由此，對于信號的存儲有了一個更深層次的理解，為什么進(jìn)程可以識別到信號，本質(zhì)上來說就是對于幾號信號在pending位圖中已經(jīng)存儲好了，幾號信號，是否阻塞，對應(yīng)的解決方式，都在三張表中有具體的體現(xiàn)，根據(jù)數(shù)組的下標(biāo)就能很輕松的獲取到對應(yīng)的存儲情況和處理方式，在操作系統(tǒng)運(yùn)行的時候，最起碼的pending表和handler表是已經(jīng)存儲好的，所以才有上述的這一套邏輯

而對于block表來說，也有一些不同的理解：

那這個block表該如何理解呢？

block表，表示的是對特定信號的屏蔽，也可以說是對一些信號的阻塞，換句話說，這個位圖和后面的兩個位圖是完全一樣的位圖結(jié)構(gòu)，有了一個信號，就先在pending位圖中記錄下這個信號已經(jīng)處于未決狀態(tài)了，再在合適的時機(jī)去到block位圖中尋找，如果這個信號沒有被阻塞，那么就執(zhí)行handler表中的方法，如果這個信號被block阻塞了，那么就讓這個信號一直處于pending的狀態(tài)，等block表中什么時候恢復(fù)了，再去執(zhí)行，當(dāng)然這當(dāng)中還有邊角的問題，比如誰先置1和置0的問題，后續(xù)會進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗

正是因為有了這三張表，所以對于信號的操作其實(shí)都是圍繞這三張表進(jìn)行展開的，比如對于PCB來說，這三張表是由操作系統(tǒng)提供的，那么操作系統(tǒng)就會想辦法去獲取并設(shè)置修改block表來表示對于一個或多個信號的屏蔽的目的，也可以比如說是對于pending位圖做修改，或是獲取pending位圖，比如在之前的bash中的kill命令，本質(zhì)上就是向指定的進(jìn)程中寫入信號，實(shí)際上就是在對這個pending表進(jìn)行的寫入工作，而在之前的signal這樣的自定義捕捉函數(shù)，本質(zhì)上也是在修改handler對應(yīng)的表，這也和前面的知識進(jìn)行了一定的串聯(lián)

由此可以看出，操作系統(tǒng)提供對應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，就是對于這三張表的修改過程，但是這還不夠，用戶該如何去修改？直接深入到內(nèi)核中去修改位圖中比特位的情況，這對于用戶來說是一個很大的挑戰(zhàn)，同時對于操作系統(tǒng)來說也違背了它設(shè)計的初衷，因此操作系統(tǒng)還會提供對應(yīng)修改位圖的方法，提供了一些新的數(shù)據(jù)類型，用來幫助用戶對于這三張表實(shí)現(xiàn)一些操作更改等

多信號問題

現(xiàn)在保存的信號用pending位圖表示是否收到了這個信號，但是這個進(jìn)程可能會在很短的時間內(nèi)同時收到信號，這個時間短到可能不能及時處理這個信號，在相當(dāng)短的時間內(nèi)，連續(xù)收到了多個同一個信號，pending位圖中只能記錄一次，換句話說，此時可能發(fā)送了10個相同的信號，但是只記錄了一次，剩下的九次就相當(dāng)于直接被操作系統(tǒng)丟棄了，本質(zhì)上來說是比特位只能是0和1，如果不斷的從1變成1，實(shí)際上也獲得不了什么新的效果，只能保存歷史上最近的一次封信，所以在進(jìn)程解除對于某個信號的阻塞之前，可能這個信號已經(jīng)被發(fā)送了很多次了，只是不能進(jìn)行獲取，不管發(fā)送多少次，最終都是一次

因此操作系統(tǒng)允許向進(jìn)程推送信號多次，但是在遞達(dá)之前，不管推送多少次，操作系統(tǒng)只看一次，這是由操作系統(tǒng)本身的位圖結(jié)構(gòu)決定的，不過這樣情況出現(xiàn)的概率不大，其次是也可以用在信號處理內(nèi)部放一個計數(shù)器，來表示如果設(shè)定不夠就重新再發(fā)，這樣的處理方式也是可以接受的

不過值得注意的是，這種只記錄一次的信號叫做普通信號，而與之對應(yīng)的還有一個實(shí)時信號，實(shí)時信號在前面的內(nèi)容中也有所涉獵，它的實(shí)時信號中的實(shí)時概念也就體現(xiàn)在在進(jìn)程的PCB中有一個實(shí)時的信號隊列，每一個信號就相當(dāng)于一個結(jié)構(gòu)體對象，那么就用隊列的形式來管理這種信號，也就叫做實(shí)時信號，但是這里不考慮實(shí)時信號，只是對普通信號做出一個基本的理解

信號集的操作函數(shù)

下面進(jìn)行的模塊就是對于信號集的操作函數(shù)，下面進(jìn)行一一列舉內(nèi)容：

下圖描述的是對于信號的一些函數(shù)，根據(jù)這些函數(shù)來對于信號的操作函數(shù)有一個基本的理解

sigemptyset函數(shù)

這個函數(shù)的主要作用是對于set所指向的操作集進(jìn)行一個基本的初始化，簡單來說就是把比特位置0，并且這當(dāng)中不應(yīng)該有任何有效的信號

sigfillset函數(shù)

這個函數(shù)的主要作用是把信號集都置為1，表示這當(dāng)中存儲的是有效的信號

sigaddset和sigdelset函數(shù)

這兩個函數(shù)是對于信號的增加和刪除

sigismember函數(shù)

這個函數(shù)是用來查詢某個函數(shù)是否在當(dāng)前的pending信號集中，返回值是bool類

sigprocmask函數(shù)

這個函數(shù)是用來讀取或更改進(jìn)程的信號屏蔽字，也就是阻塞信號集，而這個后面的參數(shù)，一個是用什么方法來傳遞，后面的兩個參數(shù)都是對應(yīng)的信號集，簡單來說就是通過參數(shù)來覆蓋當(dāng)前的信號集

對于第一個參數(shù)來說，它有下面的幾種方式進(jìn)行傳遞

SIG_BLOCK

這個操作會把當(dāng)前信號阻塞集合和set所指向的信號集合取并集，簡單來說是把set集合加入到當(dāng)前的信號阻塞集合中

SIG_SETMASK

這個操作會把當(dāng)前信號阻塞集合設(shè)置為set所指向的信號集合，會把當(dāng)前集合直接覆蓋掉

SIG_UNBLOCK

這個操作是把當(dāng)前信號阻塞集合與set集合中的信號的補(bǔ)集取交集，簡單來說就是把set中的信號進(jìn)行解除

后面的兩個參數(shù)值得注意一下，一個是set，一個是oset，這兩個參數(shù)是有其對應(yīng)的意義的，第一個set表示的是要傳入覆蓋的對應(yīng)的位圖是什么樣的，第二個oset是一個輸出型參數(shù)，它保存的是當(dāng)前位圖的情況，所以本質(zhì)上來說可以理解成是一個保存了前面位圖的參數(shù)，這樣可以方便后續(xù)進(jìn)行恢復(fù)等等操作，具體的后續(xù)進(jìn)行使用

代碼實(shí)踐

下面用代碼實(shí)踐來表示

第一個要完成的動作是把2號信號加到信號屏蔽集中，現(xiàn)在有一個問題是，我設(shè)置了加到屏蔽集合中就真的屏蔽了嗎？嚴(yán)格意義來說并不是，因為這些內(nèi)容本質(zhì)上是在棧上開辟的空間，所以它本質(zhì)上是在代碼區(qū)域上，并沒有真正設(shè)置到操作系統(tǒng)中，所以此時把2號信號添加到集合中也只是在棧上修改了一個變量的信息，這只是語言層面上的設(shè)置，而只有通過調(diào)用sigprocmask函數(shù)后，才能是真正意義上的進(jìn)行屏蔽的操作，表示的是直接修改了在內(nèi)核中對于阻塞表的操作，修改了內(nèi)核的字段，不過，從廣義的角度來講，其實(shí)這樣的操作就被叫做是加入到了內(nèi)核中

這里由于是第一次使用，所以要將語言層面和內(nèi)核層面分開，再怎么說對于位圖的修改也只是語言層面上，實(shí)際的運(yùn)用中并沒有進(jìn)行位圖的修改，而只有用sigprocmask函數(shù)之后，才是進(jìn)入內(nèi)核的層面上修改了內(nèi)核中的相應(yīng)字段

寫出示例代碼，如下所示

void handler(int signo)
{
    cout << "收到了" << signo << "號信號" << endl;
}

int main()
{
    signal(2, handler);
    cout << "當(dāng)前pid:" << getpid() << endl;

    // 1. 屏蔽2號信號
    sigset_t set, oset;
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);
    sigaddset(&set, 2);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);

    while(true)
        sleep(1);

    return 0;
}

對上述代碼進(jìn)行運(yùn)行得到如下結(jié)果：

由此可以看出，此時確實(shí)對于2號信號進(jìn)行了屏蔽效果，只有發(fā)送其他信號才會有反應(yīng)

這是由于，經(jīng)過了sigprocmask之后，此時的2號信號已經(jīng)存儲在了pending表中，那么它此時就不能再被執(zhí)行了

kill -9

9號信號是最特殊的信號，它本身是不能被屏蔽的，它也被叫做管理員信號，也叫做管理員之光，如果有任何進(jìn)程出現(xiàn)問題，都可以用kill -9來殺掉，并且保證這個信號不會被屏蔽

sigpending函數(shù)

這個函數(shù)的作用也很簡單，就是讀取當(dāng)前進(jìn)程的pending信號集，通過set參數(shù)傳出，調(diào)用成功返回0，失敗返回-1

則可以借助這個函數(shù)實(shí)現(xiàn)下面的代碼內(nèi)容：

void handler(int signo)
{
    cout << "收到了" << signo << "號信號" << endl;
}

void PrintSignal(const sigset_t &set)
{
    for (int i = 31; i >= 1; i--)
    {
        if (sigismember(&set, i))
            cout << "1";
        else
            cout << "0";
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    signal(2, handler);
    cout << "當(dāng)前pid:" << getpid() << endl;

    // 1. 屏蔽2號信號
    sigset_t set, oset;
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);
    sigaddset(&set, 2);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);

    // 2. 讓進(jìn)程獲取現(xiàn)在的pending
    sigset_t pending;
    while(true)
    {
        sigpending(&pending);
        PrintSignal(pending);

        sleep(1);
    }

    while (true)
        sleep(1);

    return 0;
}

而想要解除屏蔽也很簡單，這個時候就用上了oset的內(nèi)容：

void handler(int signo)
{
    cout << "收到了" << signo << "號信號" << endl;
}

void PrintSignal(const sigset_t &set)
{
    for (int i = 31; i >= 1; i--)
    {
        if (sigismember(&set, i))
            cout << "1";
        else
            cout << "0";
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    signal(2, handler);
    cout << "當(dāng)前pid:" << getpid() << endl;

    // 1. 屏蔽2號信號
    sigset_t set, oset;
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);
    sigaddset(&set, 2);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);

    // 2. 讓進(jìn)程獲取現(xiàn)在的pending
    sigset_t pending;
    int cut = 0;
    while (true)
    {
        sigpending(&pending);
        PrintSignal(pending);
        cut++;
        sleep(1);
        if (cut == 5)
        {
            // 3. 解除屏蔽
            cout << "已解除屏蔽" << endl;
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr);
            sigpending(&pending);
            PrintSignal(pending);
            sleep(1);
        }
    }

    while (true)
        sleep(1);

    return 0;
}

由此，信號的保存也就完成了

總結(jié)

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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