【Linux】信号的阻塞-在内核中的表示方式_reboot发送的信号被阻塞 如何确认

阻塞信号

信号其他相关常见概念

1)实际执行信号的处理动作,称为信号递达（Delivery）

2)信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决（pending）

3)进程可以选择阻塞（Block）某个信号

4)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

5)需要注意的是,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后的一种处理动作

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在内核中的表示方式

1. 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…

例如:在上图中,SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作…

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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,因为进程仍有机会在改变处理动作之后再解除阻塞

3)SIGQUIT信号未产生过,但一旦产生SIGQUIT信号,该信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler

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,如何处理?(例如:POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次)

Linux是这样实现的:普通信号在递达之前产生多次只计一次,实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里,我们只讨论普通信号

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总结

1.在block位图中,比特位的位置代表某一个信号,比特位的内容代表该信号是否被阻塞 (0/1) (block位图:也叫做信号屏蔽字)

2.在pending位图中,比特位的位置代表某一个信号,比特位的内容代表是否收到该信号(0/1)

3.handler表本质上是一个函数指针数组,数组的下标代表某一个信号,数组的内容代表该信号递达时的处理动作,处理动作包括默认, 忽略以及自定义

4.block、pending和handler这三张表的每一个位置是一一对应的

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sigset_t-信号集

根据信号在内核中的表示方法,每个信号的未决标志只有1个比特位,非0即1,如果不记录该信号产生多少次,那么阻塞标志也只有一个比特位

因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储, 其中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
  • 阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字,这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略
• 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

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在Linux中,其定义如下:

#define _SIGSET_NWORDS (1024 / (8 * sizeof (unsigned long int)))
typedef struct
{
    unsigned long int __val[_SIGSET_NWORDS];
} __sigset_t;
typedef __sigset_t sigset_t;
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信号集操作函数

sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统的实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
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注意:在使用sigset_t类型的变量之前,一定要调用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号处于确定的状态

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小例子

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int main()
{
    sigset_t set; //定义一个类型为信号集的变量
    //初始化,使信号处于确定的状态
    sigemptyset(&set);
    sigfillset(&set);
    
    sigaddset(&set, SIGINT);//在set所指向的信号集中添加有效信号SIGINT
    sigdelset(&set, SIGINT);//在set所指向的信号集中删除有效信号SIGINT
    sigismember(&set, SIGINT);//判断在set所指向的信号集中是否包含SIGINT信号
    return 0;
}
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代码中定义的sigset_t类型的变量s,与我们平常定义的变量一样都是在用户空间定义的变量,后面我们用信号集操作函数对变量s的操作实际上只是对用户空间的变量s做了修改,并不会影响进程的任何行为,我们还需要通过系统调用,才能将变量s的数据设置进操作系统

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sigprocmask

sigprocmask函数可以用于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 *oldset);
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参数说明:

第一个参数how: 假设当前的信号屏蔽字为mask,how参数的可选值及其含义

第二个和第三个参数:

如果oldset是非空指针,则读取进程当前的信号屏蔽字通过oldset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

如果oldset和set都是非空指针,则先将原来的信号屏蔽字备份到oldset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽字

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返回值说明 : sigprocmask函数调用成功返回0,失败返回-1

函数注意事项 如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask函数返回前,至少要将其中一个信号递达

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sigpending

sigpending函数可以用于读取当前进程的未决信号集

#include<signal.h>
int sigpending(sigset_t *set);	
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set是输出型参数,读取当前进程的未决信号集,并通过set参数传出

返回值: 函数调用成功返回0,失败返回-1

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运用小例子

1)利用sigprocmask函数,将2号信号进行屏蔽(阻塞) 2)使用kill命令或组合按键向进程发送2号信号

3)此时2号信号会一直被阻塞,并一直处于pending（未决）状态 4)使用sigpending函数获取当前进程的pending信号集进行验证

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void printPending(sigset_t *pending)
{
    int i = 1;
    for (i = 1; i <= 31; i++)
    {
        //判断在set所指向的信号集中是否包含编号为i的信号
        if (sigismember(pending, i))
        {
            printf("1 ");
        }
        else
        {
            printf("0 ");
        }
    }
    printf("\n");
}   
int main()
{	
    sigset_t set, oset;
    //初始化信号集
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);

    sigaddset(&set, 2); //在set所指向的信号集中添加有效信号-2号信号SIGINT
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &oset); //阻塞2号信号

    sigset_t pending;
    sigemptyset(&pending); //初始化信号集
    while(1)
    {
        sigpending(&pending); //获取pending位图
        printPending(&pending); //打印pending位图（比特位为1表示未决状态）
        sleep(3);
    }
    return 0;
}
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程序刚刚开始运行时:因为没有收到任何信号,所以此时该进程的pending表一直是全0,而当我们使用kill命令向该进程发送2号信号后,由于2号信号是阻塞的,因此2号信号一直处于未决状态,所以我们看到pending表中的第二个元素就变成1了

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我们可以设置一段时间后解除对2号信号的阻塞状态,然后2号信号就会立即被递达,由于2号信号的默认处理动作是终止进程,所以为了看到2号信号递达后的pending表,我们可以将2号信号进行捕捉,让2号信号递达时执行我们所给的自定义动作

void printPending(sigset_t *pending)
{
    int i = 1;
    for (i = 1; i <= 31; i++)
    {
        //判断在set所指向的信号集中是否包含编号为i的信号
        if (sigismember(pending, i))
        {
            printf("1 ");
        }
        else
        {
            printf("0 ");
        }
    }
    printf("\n");
}  
//自定义捕获方法
void handle(int signo)
{
    printf("receive a %d signnal\n",signo);
}
int main()
{
    signal(2,handle);//捕获2号信号

    sigset_t set, oset;
    //初始化信号集
    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);

    sigaddset(&set, 2); //在set所指向的信号集中添加有效信号-2号信号SIGINT

    //此时oldset和set都是非空指针,则先将原来的信号屏蔽字(全0)备份到oldset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽字
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &oset); //阻塞2号信号

    sigset_t pending;
    sigemptyset(&pending); //初始化信号集
    int count = 0;
    while(1)
    {
        sigpending(&pending); //获取pending位图
        printPending(&pending); //打印pending位图（比特位为1表示未决状态）
        sleep(3);
        count++;
        if(5== count)
        {
             //此时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
            //设置当前信号屏蔽字为set所指向的值,相当于mask=oset
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, NULL); //恢复曾经的信号屏蔽字 ->即oset
            //细节:先递达信号再打印 
            
            printf("恢复信号屏蔽字\n");
           
        }
    }
    return 0;
}
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注意:这里有个细节:我们是先解除对当前若干个未决信号的阻塞,然后再打印

因为: 如果调用sigprocmask解除对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask函数返回前,至少将其中一个信号递达

当进程收到2号信号后,该信号在一段时间内处于未决状态,当解除2号信号的屏蔽后,2号信号就会立即递达,执行我们所给的自定义动作,而此时的pending表也变回了全0