Linux下的信号(二)----阻塞信号
2017-06-05 00:11
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一,信号在内核中的表示
1,在此之前,必须先了解几个概念:信号递达(Delivery):实际执行信号处理的动作。
信号未决(Pending):信号从产生到递达之间的状态。
信号阻塞(Block):被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到 进程解除对此信号的阻塞,才 执行递达的动作。
注意:信号阻塞和信号忽略是不同的。只要信号被阻塞就不会递达,除非解除阻塞,而忽略是在递达之后 可选的一种处理动作。
一个信号处于Pending状态,屏蔽之后,它永远不会被Delivery 。
一个信号是否立即Delivery ,与Block没有绝对关系。
一个信号是否被Block与是否Pending没关系。
2,信号在内核中的表示—-每个进程都会维护这3张表:
每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。
3张表的存储:
pending表:用4个字节的位图表示,位图的位置表示信号编号,内容表示是否pending。
block表:用4个字节的位图表示,位图的位置表示信号编号,内容表示是否block。
handler表:是一个句柄函数指针,数组即可表示,下标表示信号编号,内容表示信号处理的动作,为NULL表示没有处理该信号。
分析上图中的信号:
1〉SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。
2〉SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。
3〉 SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。
3,如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,将如何处理?
Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列⾥里。从上图来看,每个信号只有一 个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。
因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。 阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的 “屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。
注意:信号集和信号量级二者之间没有任何关系。
当利用信号量机制解决了单个资源的互斥访问后,我们讨论如何控制同时需要多个资源的互斥访问,信号量集是指同时需要多个资源时的信号量操作。
4,内核是如何处理信号的?
从图中我们能发现,当一个正在运行的进程收到了中断或者是调用了系统调用,则该进程会从用户态进入到内核态,当进程准备从内核态返回到用户态时,内核会检查要返回的进程的pcb中的signal位图信息,如果当前的pengding表中有标志1,那么内核会把pengding链表中悬挂的信号拿出来进程处理,处理的过程如下:
如果handler指向了用户自定义的处理函数,那么会先从内核态返回到用户态执行完处理函数后再返回到内核态,最后再从内核态返回到用户态中因为中断或者系统调用进入内核态的代码从而继续执行。
5,信号集操作函数
信号集:sigsize_t类型,增删改查不能调用系统的自增自减或加减操作,必须通过调用系统函数来实现。
#include <signal.h> int sigemptyset(sigset_t *set);//初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit位清零,表示该信号集不包含任何有效信号。 int sigfillset(sigset_t *set);//初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位1,表示该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号 int sigaddset(sigset_t *set, int signo);//为信号集中添加 某种有效信号 int sigdelset(sigset_t *set, int signo);//为信号集中删除某种有效信号 int sigismember(const sigset_t *set, int signo);//判断⼀一个信号集的有效信号中是否包含某种信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1
这五个函数都是成功返回0,出错返回-1。
6,函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)
#include <signal.h> int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
返回值:若成功则为0,若出错则为-1。
参数:
oset:如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出。如果set是非空指针,则更改进程的信号屏蔽字,参数how指示如何更改。
set:如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号屏蔽字备份到oset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽字。
how参数的可选值为:
如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递达。
7,sigpending读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。
#include <signal.h> int sigpending(sigset_t *set);
返回值:调用成功则返回0,出错则返回-1。
8,以上函数的测试用例
makefile:
1 sigset:sigset.c 2 gcc -o sigset sigset.c 3 .PHONY:clean 4 clean: 5 rm -f sigset
sigset.c:
1 /************************************** 2 *文件说明:sigset.c 3 *作者:段晓雪 4 *创建时间:2017年06月04日 星期日 22时41分13秒 5 *开发环境:Kali Linux/g++ v6.3.0 6 ****************************************/ 7 #include<stdio.h> 8 #include<signal.h> 9 #include<unistd.h> 10 #include<sys/types.h> 11 12 void showpending(sigset_t* pending)//打印当前进程的pending表 13 { 14 int i = 1; 15 for(; i < 32; ++i) 16 { 17 if(sigismember(pending,i))//判断pending信号集的有效信号中是否包含信号i,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1 18 printf("1 "); 19 else 20 printf("0 "); 21 } 22 printf("\n"); 23 } 24 25 void handler(int sig) 26 { 27 printf("pid is %d,get a signo:%d\n",getpid(),sig); 28 return; 29 } 30 31 int main() 32 { 33 sigset_t sigset,osigset;//定义两个信号集 34 sigemptyset(&sigset);//信号集siget初始化,将所有bit位清零 35 sigemptyset(&sigset);//信号集osigset初始化,将所有bit位清零 36 sigaddset(&sigset,2);//给信号集sigset添加2号信号 37 sigprocmask(SIG_SETMASK,&sigset,&osigset);//先将原来的信号屏蔽字备份到osigset里,然后将\ 38 sigset的值设置为当前信号屏蔽字 39 40 signal(2,handler);//捕捉2号信号 41 42 int count = 0; 43 sigset_t pending;//定义信号集pending 44 while(1) 45 { 46 sigpending(&pending);//读取当前进程的未决信号集,通过pengding传出 47 showpending(&pending);//打印当前进程的未决信号集 48 sleep(1); 49 if(count++ > 3) 50 { 51 sigprocmask(SIG_SETMASK,&osigset,NULL);//读取进程的当前信号屏蔽字,然后将osigset的值设置为当前信号屏蔽字 52 count = 0; 53 } 54 } 55 return 0; 56 }
程序运行时,每秒钟把各信号的未决状态打印一遍,由于我们阻塞了SIGINT信号,按Ctrl-C将会使SIGINT信号处于未决状态,按Ctrl-\仍然可以终止程序,因为SIGQUIT信号没有阻塞。
运行结果:
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