【Linux】进程信号（2）_信号保存

hello~ 很高兴见到大家! 这次带来的是Linux系统中关于信号这部分的一些知识点,如果对你有所帮助的话,可否留下你宝贵的三连呢?
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文章目录

一、信号保存
- [1.1 信号其他相关常见概念](#1.1 信号其他相关常见概念)
- [1.2 三张表](#1.2 三张表)
- [1.3 信号集操作函数](#1.3 信号集操作函数)

一、信号保存

1.1 信号其他相关常见概念

信号递达：实际执行信号处理的动作称作信号递达---信号处理。
信号未决：从信号产生到信号递达中间的这段时间叫做信号未决。也就是信号保存。
信号阻塞：进程可以选择阻塞（屏蔽）某个信号。被阻塞的信号产生后，会一直维持在未决状态，无法走到递达处理的步骤；直到进程解除对该信号的阻塞，信号才会被递达。
阻塞！= 忽略 ：忽略是信号已经递达后的一种处理方式（进程选择不做任何操作）；而阻塞是在递达前就拦截（它是不让信号递达的方式），让信号始终停留在未决状态，二者发生的阶段和本质完全不同。
信号需要被保存，是因为信号产生后通常不会立即被进程处理（递达），因此需要先将其暂存。
对于信号递达、信号未决、信号阻塞，进程的task_struct 里面有三张表分别对应：handler表、pending表和block表。

1.2 三张表

sigset_t类型（信号集）

pending 表和 block 表都是 sigset_t 类型，而 sigset_t 本质是 unsigned long 数组实现的位图（bitmask）；位图的第 1 位对应 1 号信号，第 2 位对应 2 号信号，以此类推，信号编号与位图的位编号一一对应。例如：第 2 位对应 SIGINT（2 号信号）。

pending表（未决信号集）

pending 表的本质是一个位图，每一个比特位与信号编号一一对应；信号产生后，OS 会将该表中对应信号编号的比特位置为 1 并保存，因为 OS 不会立即处理该信号。因此，表中比特位为 1 的信号，其状态就是信号未决状态（比特位：信号编号，比特位的内容：是否收到该信号）。
产生信号后，信号的状态会保存在 pending 表中；信号递达并处理完成后，pending 表中该信号对应的比特位会被置为 0。

block表（信号屏蔽字）

block 表与 pending 表本质相同，均为位图结构，每一个比特位与信号编号一一对应；比特位为 1 代表该信号被阻塞，为 0 则代表该信号未被阻塞（比特位：信号编号，比特位的内容：该信号是否被阻塞）。
修改 block 表的阻塞状态不会影响信号在 pending 表中的保存；被阻塞的信号会一直滞留在 pending 表中，除非解除阻塞，否则 pending 表中对应的比特位会始终保持为 1。
如果信号在阻塞解除之前产生多次，常规信号在递达之前产生多次只计⼀次。
特殊信号 9 号和 19 号无法被屏蔽，这两个信号的阻塞位永远为1。内核会拒绝所有想要屏蔽它们的操作。

handler表

handler 表并非 sigset_t 类型，它是一个函数指针数组，数组中存储着各个信号的处理函数指针；注意：数组下标 + 1 = 信号编号。
以 signal(2, myhandler) 为例，底层会将 2 号信号对应的数组下标 1 处的元素，替换为我们自定义的 myhandler 函数指针。这样下次在处理 2 号信号时，就会使用我们提供的自定义处理方法。
什么是信号的忽略和默认处理？忽略与默认是信号的两种基础处理方式，它们在 handler 表中存储的内容分别为 SIG_IGN 和 SIG_DFL；这两个宏的本质，就是将整数 1 和 0 强制转换成函数指针类型后存入数组。

1.3 信号集操作函数

C 标准库（遵循 POSIX 标准）提供了一组专用的信号集操作函数，这些函数专门用于对 sigset_t 类型的信号集变量进行初始化、添加信号、删除信号、判断信号是否存在等操作；它们仅在用户态工作，不直接与内核交互，是我们操作信号集的基础工具函数。用户态和内核态这两个概念下一篇博客会讲到。

sigemptyset：清空信号集，所有比特位置 0。

sigfillset：填满信号集，所有比特位置 1。

sigaddset：向信号集中添加一个指定信号。

sigdelset：从信号集中删除一个指定信号。

sigismember：判断指定信号是否在信号集中。

这 5 个信号集操作函数的底层本质都是位运算；理论上我们可以手动通过位运算实现相同功能，但绝不建议这样做。

这 5 个信号都是成功返回 0，失败返回 -1。

操作系统允许用户控制信号的核心本质，就是访问和操作 block、pending、handler 这三张内核维护的表；系统为我们提供了专用的系统调用接口，例如 sigprocmask（操作 block 表）、sigpending（查询 pending 表），配合相关接口可完成对三张表的修改与管理。

sigprocmask 函数用于修改进程的 block 表（信号屏蔽字）：第一个参数 how：指定修改 block 表的方式，包含三种取值：SIG_BLOCK：将 set 中的信号追加屏蔽到 block 表；SIG_UNBLOCK：对 set 中的信号解除屏蔽；SIG_SETMASK：直接用 set 替换当前的 block 表。第二个参数 set：传入我们提前准备好的 sigset_t 信号集（待操作的目标集合）；传入 NULL 表示不修改 block 表。第三个参数 oldset：输出型参数，用于保存修改前的旧 block 表；传入 NULL 表示不保存旧值。

sigpending 函数用于获取当前进程的未决信号集（pending 表）；它的参数是一个输出型参数，内核会将进程的 pending 表拷贝到该参数指向的变量中，该函数仅用于读取 pending 表，无法修改。
修改 pending 表我们之间就已经讲了5种方法，也就是信号产生的5种方法。
使用 sigprocmask 和 sigpending 这两个函数，必须包含标准头文件 <signal.h>。接下来对这些函数进行测试：

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void PrintPending(sigset_t& pending)
{
    for (int signo = 31; signo > 0; signo--)
    {
        if (sigismember(&pending, signo))
            std::cout << 1;
        else
            std::cout << 0;
    }
    std::cout << std::endl;
}
void handler(int signo)
{
    std::cout << "处理完成：" << signo << std::endl;
}
int main()
{
    // 0.修改信号处理方法
    signal(2, handler);

    // 1.屏蔽信号
    sigset_t block_set, old_set;
    sigemptyset(&block_set);
    sigemptyset(&old_set);

    sigaddset(&block_set, 2);
    int n = sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_set, &old_set);
    (void)n;
    
    int cnt = 8;
    while (true)
    {
        sigset_t pending;
        int n = sigpending(&pending);
        (void)n;
        // 2. 查看pending表
        PrintPending(pending);

        //3. 解除屏蔽
        if (cnt == 0)
        {
            int n = sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_set, nullptr);
            (void)n;
        }
        cnt--;
        sleep(1);
    }
    

    return 0;
}

这个代码就是屏蔽 2 号信号，然后使用2号信号，查看pending表是否有被阻塞，信号对应比特位是否为1，5秒之后解除阻塞，查看pending表信号递达成功之后对应比特位是否为0。
pending 信号对应比特位是在 handler 之前还原为0，还是在之后？是在之前，我们可以通过修改 handler 函数进行证明。

cpp 复制代码

void handler(int signo)
{
    std::cout << "------------------------------" << std::endl;
    std::cout << "处理完成：" << signo << std::endl;
    sigset_t pending;
    sigpending(&pending);
    PrintPending(pending);
    std::cout << "------------------------------" << std::endl;
}

可以看到，在执行 handler 函数体的时候信号2对应比特位就已经变回0了。所以不可能在hanler函数调用之后，而是在之前，且 handler 函数本身没有改 pending 表能力。
被阻塞的普通信号，在解除阻塞的一瞬间，信号就会被立即递达，执行处理函数。

今天的分享就到此结束啦,如果对读者朋友们有所帮助的话,可否留下宝贵的三连呢~~
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