【视频笔记】408新增知识点信号——里昂视频

speop2024-10-14 17:48

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原视频来自于B站里昂，总长22min
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进程通信方法：管道，共享内存，消息队列，信号和信号量

2.信号

一个信号就是一条小消息，它通知进程系统中发生了一个某种类型的事件 。比如，如果当进程在前台运行时，你键入Ctrl+C(也就是同时按下Ctrl键和 C键)，那么内核就会发送一个SIGINT信号给这个前台进程。

在linux系统中使用 kill -l 命令查看系统上支持的不同类型的信号。

每种信号类型都对应于某种系统事件，用不同的整数表示，例如SIGINT信号用号码2表示

1~31号为非实时信号（不可靠信号）处于就绪队列多个相同的非实时信号只会被响应一次。其余的被丢掉。

34~64号信号为实时信号（可靠信号），处于就绪队列多个相同的实时信号全部会被响应。

比如，如果一个进程试图除以0 ，那么内核就发送给它一个SIGFPE信号(号码8 Floating Point Exception浮点异常)。
如果一个进程执行一条非法指令 ，那么内核 就发送给它一个SIGILL信号(号码4)。

sigill(ill生病，有病的，不健康的;不良的;不良的;〈美俚〉（因嫌疑而）被捕的，被拘留的;坏的，邪恶的，有害的;不舒服;)

shell 复制代码 
kill -l
#查看系统上支持的不同类型的信号
3.信号的实现

在操作系统中，每个进程都有一个进程控制块(Process Control Block，PCB)，它包含了进程的管理和控制信息.。

【例】Linux下，用一个名为task_struct的结构体类型来描述PCB，包括很多字段，如进程的状态进程的标识、进程的优先级等。每一种信息都用一个字段来实现。

cpp 复制代码 
struct task struct
{
...
volatile long state; /进程状态
pid_t pid; //进程ID，每个进程都有一个唯一的PID，用于区分不同进程，相当于身份证号
unsigned long rt_priority;//进程优先级
stuct mm_struct*mm,*active_mm;//与内存管理有关的数据结构，包含进程内存使用的信息
...
}

因此，我们可以将信号记录在进程的task_struct(PCB)结构体 中。

例如，我们可以用位图来表示某个信号是否产生，每个比特位代表了某个特定的信号，比特位为0代表没有收到了信号，为1则代表收到了信号。进程收到信号，本质是位图被修改

4.信号的处理

通常有以下三种操作处理信号:

①忽略信号

不采取任何操作。但是有两种信号不能被忽略:SIGKILL(9)和SIGSTOP(19)

这样做的原因是系统管理员需要能够杀死或停止进程，如果进程能够选择忽略SIGKILL(使进程不能被杀死)或SIGSTOP(使进程不能被停止)将破坏这一权力。

②执行信号的默认操作

例如，进程收到SIGINT信号后会终止，本质上是向进程发送了一个编号为2的SIGINT信号，只不过这个信号是通过键盘输入的，然后经过操作系统处理后再发送给进程。

③捕获井处理信号

内核会暂停该进程正在执行的代码，并跳转到用户注册的函数。

SIGINT原本是用来结束进程的，但用signal自定义它的功能后就可以使它对进程的操作改变，

cpp 复制代码 
#include<singal.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
//handle的函数实现的功能是打印can't stop!"
void handle(int sigNum){
printf("can't stop! sigNum:%d\n",sigNum);
}
int main(){
	signal(SIGINT,handle);
//将SIGINT号信号的功能改成handle
	while(1){
		printf("a\n");
		sleep(1);
	}
return 0;

}

可以看到，每次按下Ctrl+C，都会打印对应内容(实现自定义的功能而不是像原来一样终止进程)，而sigNum也证明Ctrl+C对应的信号值确实是2号(SIGINT)。

经常捕获的两种信号是 SIGINT 和 SIGTERM。

SIGKILL和SIGSTOP 不能被捕获，即无法通过自定义handle函数来修改其信号操作。

exp1

cpp 复制代码 
#include<singal.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
//handle的函数实现的功能是打印can't stop!"
void handle(int sigNum){
printf("can't stop! sigNum:%d\n",sigNum);
}
int main(){
	signal(SIGKILL,handle);
//将SIGINT号信号的功能改成handle
	while(1){
		printf("still alive\n");
		sleep(1);
	}
return 0;

}

exp2

cpp 复制代码 
#include<singal.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int count=0;
//handle的函数实现的功能是打印"count=%d, still alive"
void handle(int sigNum){
printf("count=%d, still alive sigNum:%d\n",sigNum);
}
int main(){
	signal(SIGKILL,handle);
	signal(SIGTERM,handle);
	signal(SIGINT,handle);
//将SIGINT号信号的功能改成handle
	while(1){
		count++;
		sleep(1);
	}
return 0;

}

2:sigint

15:sigterm

9:sigkill

几个Linux支持的典型信号：

SIGCHLD

当进程终止或停止时，内核会给进程的父进程发送此信号。在默认的情况下SIGCHLD是被忽略 的，如果进程对它们的子进程是否存在感兴趣，那么进程必须显式地捕获并处理该信号。
SIGFPE

不考虑它的名字，该信号代表所有的算术异常 ，而不仅仅指浮点数运算相关的异常，异常包括溢出、下溢和除以0.

默认的操作是终止进程并形成内存转储文件，但进程可以捕获并处理该信号。
SIGILL

当进程试图执行一条非法机器指令 时，内核会发送该信号。默认操作是终止进程并进行内存转储进程可以选择捕获并处理SIGILL。
SIGINT

当用户输入中断符(通常是Ctrl-C)时，该信号被发送给所有前台进程组中的进程默认的操作是终止进程。进程可以选择捕获并处理该信号，通常是为了在终止前进行清理工作

5.信号的产生

信号通常由以下方式产生:

① 通过终端按键(键盘)产生信号 例如，Ctrl+C发送2号信号SIGINT、Ctrl+\发送3号信号SIGQUIT
② 程序异常时操作系统会向程序发送信号来终止进程。
③ 调用函数
- kill系统调用:

kil()调用会从一个进程向另一个进程发送信号:

int kill(pid t pid,int signo);//调用kill给pid代表的进程发送信号signo。

kill命令本质上是通过系统调用实现的。

- raise系统调用

【例子】创建一个raise程序，将其2号信号的处理函数改为自定义函数，该信号每隔一段时间便会给自己发送信号

cpp 复制代码 
#include<singal.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>

void handle(int signo){
printf("get a signal : %d\n", signo);
}
int main(){
	signal(2,handle);
//将2号信号自定义。
	while(1){
		printf("I'm a process, pid = %d\n",getpid());
		sleep(1);
		raise(2);
		//进程自己给自己发送2号信号。
	}
return 0;

}
abort 系统调用

abort 使当前进程接受到信号而异常终止

cpp 复制代码 
#include<singal.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>

void handle(int signo){
printf("get a signal : %d\n", signo);
}
int main(){
	signal(6,handle);
//将SIGINT号信号的功能改成handle
	while(1){
		printf("I am a process, pid : %d\n",getpid());
		sleep(1);
		abort();
	}
return 0;

}
④由于软件条件产生信号

例如alarm()函数可以设置定时器，当定时器倒计时结束，就会向进程发送一个SIGALARM信号。

exp1
cpp 复制代码 
#include<singal.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>

void handle_alarm(int signo){
printf("Alarm clock!\n");
}
int main(){
//设置信号处理函数
	signal(SIGALRM,handle_alarm);
//做其他事情或者简单地等待
	while(1){
		printf("running\n");
		alarm(2);
		sleep(2);
	}
return 0;

}
exp2

pause()函数的作用是使当前进程进入睡眠状态，直到接收到一个信号为止。

cpp 复制代码 
int pause(void);
cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
int main( ) {
	pid_t child_pid = fork();
	//fork一个子进程。 子进程的pid不一样。
	if(child_pid < 0) {//创建新进程失败。
		perror("Fork failed");
		exit(1);
	}
	if (child pid == 0){ // 子进程
		while (1){
			pause(); // 等待信号
	}else { // 父进程
		while (1) {
			sleep(2);//每2秒发送一次信号
			kill(child_pid, SIGUSR1);// 向子进程发送信号
			printf("Sent SlGUSR1 to child process (PID: %d)\n", child_pid);
			}
	return 0;
}
⑤ 硬件异常产生信号

发生硬件异常时，它被硬件以某种方式检测到并通知内核，然后内核向当前进程发送适当的信号。

例如当前进程执行了除零的指令CPU的运算单元会产生异常，内核将这个异常解释为SIGFPE信号，并将该信号发送给进程。

总之，使用信号的两个主要目的:

① 让进程知道已经发生了一个特定的事件。

② 强迫进程执行它自己代码中的信号处理程序,
注意，并不是系统中所有进程都可以向其他进程发送信号，只有核心和超级用户可以。

普通进程只可以向拥有相同uid(用户标识号)和gid(组标识号)或者在相同进程组中的进程发送信号。

当信号产生时，内核将进程taskstruct中的信号相应标志位设置为1，表明产生了该信号。

系统对置位之前该标志位已经为1的情况不进行处理，这说明进程只处理最近接收的信号。
信号产生后并不马上送给进程，它必须等待直到进程再一次运行时才交给它。

每当进程从系统调用中退出时，内核会检查它的signal和blocked字段（位图），查看是否有需要发送的非屏蔽信号，若有则立即发送信号。

如果信号的处理被设置为缺省，则系统内核将会处理该信号，否则会执行用户提供的信号处理程序。

【练习1】信号是用户按下Ctrl+C时默认发送给前台进程组的信号?

A. 'SIGKILL'

B.'SIGSTOP'

C.'SIGINT'

D.'SIGTERM'

答案:C

【练习2】哪个信号用于终止进程，并且不能被进程捕获或忽路?

A. 'SIGKILL`

B."SIGBUS"

C. 'SIGINT

D.'SIGTERM

答案:A

【练习3】在信号的进程通信机制中，以下哪个说法是正确的?

A.对于任意的信号都可以忽略

B.对于任意的信号都可以捕获

C.系统中所有进程都可以向其他进程发送信号

D.系统对置位之前该标志位已经为1的情况不进行处理，这说明进程只处理最近接收的信号

答案:D

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