linux 信号

信号

信号是Linux系统提供的让用户(进程)给其他进程发送异步信息的一种方式
异步：信号的产生，是由别的进程产生的，进程收到之前，一直在做自己的事情，两个进程并发在跑
那为什么要有信号呢？
系统要求进程有随时响应外部信号的能力，随后做出反应

1. 在没有发生时，进程已经知道发生时怎么处理了
2. 进程能够认识信号，是设置了设别特定信号的方式
3. 信号到来时，进程在处理更重要的事情，暂时不能处理到来的信号，所以进程必须暂时将到来的信号保存起来
4. 信号到来，可以不立即处理，在合适的时候处理
5. 信号的产生是随时产生的，无法准确预料，所以信号是异步发送的

信号概念

kill -l ：查看所有的信号

其中没有0，32，33号信号，总共62个信号，其中34-62是实时信号，我们不做学习，1-31是非实时信号，总共31个 。
其中每个信号都有一个编号和一个宏定义,通过编号或宏定义都可以表示一个信号。
之前说过，信号到来时进程可能有更重要的事情，所以需要对信号进行保存，在Linux中，信号保存在进程的PCB中，同时Linux使用位图来存储信号，所以我们经常说的发送信号本质是操作系统往进程PCB中写信号，位图中的比特位的位置表示是哪一个信号，比特位的内容为1表示收到该信号，为0表示没有收到该信号

之前说过，ctrl + c可以终止当前进程，其实ctrl + c本质是向进程发送了2号信号

信号的处理方式：
1. 默认动作， 进程收到信号的默认动作大多都是终止进程
使用 man 7 signal 可以查看每个信号的默认动作

2. 忽略信号
3. 自定义处理信号(信号捕捉)

signal函数可以自定义信号处理方式，当收到指定信号时，执行用户所定义的信号处理函数

硬件中断

1. 我们按下了ctrl + c，被解释为信号，进程收到了2号信号，默认终止进程。
2. OS怎么知道键盘输入数据呢？ 硬件中断

OS在开始时会注册一张表，表中有各种软硬件操作(函数指针)，表的名称为中断向量表(函数指针数组)
同时CPU有很多针脚，和外设物理连接，每个针脚有自己的编号，键盘按下按键会给特定的针脚发送高电平，触发硬件中断，CPU会识别到针脚的编号(中端号)，并保存在指定寄存器中，当中断发生时，CPU会暂停当前正在执行的程序，并保存当前进程的上下文数据，然后查找中断向量表，找到与中断号对应的处理函数的地址，回调方法。
通过上述操作，就可以读取键盘数据了，如果判定为字符，就写到键盘的文件缓冲区，如果判定为控制命令，比如ctrl + c，就解释为信号，发送给进程，

信号的产生

1. kill命令

2. 键盘产生
   ctrl + c -> OS解释为SIGINT信号 ->发送给进程
ctrl + \ -> OS解释为SIGQUIT信号 -> 发送给进程

   
   
   SIGINT的默认动作是终止进程，SIGQUIT的默认动作也是终止进程，那么Core和Trem有什么区别吗？
   首先，云服务器默认将进程的Core退出进行了特殊处理，默认Core是关闭的

   如何打开？使用ulimit命令允许Core文件最大为1024k ulimit -c 1024
   
   core dump:将进程再内存中的核心数据(与调试相关)转储到磁盘中形成core文件
   为什么要有呢？一个进程异常退出，想通过core定位到进程为什么退出以及执行到哪里推出的
   core文件可以帮助我们事后用调试器检查core文件以查清错误原因事后调试

3. 系统调用
   
   kill:给指定进程发送指定信号

raise:自己给自己发送信号

abort:给自己发送6号信号，引起进程终止

4. 软件条件
   在匿名管道中，如果读端不读并且关闭了读端，这时写端再往管道里写，就会收到13 GIGPIPE信号，终止进程。
   
   alarm函数可以设置一个闹钟，也就是告诉OSseconds之后向当前进程发送14 SIGARRM信号，该信号默认终止当前进程。函数返回值为0或以前设定闹钟剩下的秒数。
   
   设定闹钟是再OS内部，OS内可能有很多进程使用闹钟，所以OS要管理所有的闹钟，先描述，再组织，所以内核中一定要有描述闹钟属性的结构体，并用特定的数据结构组织起来，这里可以使用小根堆来对闹钟进行管理。这里的结构体，数据结构都属于软件条件哦

5. 异常
   段错误：
   除0错误：
   硬件异常被检测到并通知OS，然后OS向当前进程发送合适的信号
   除0错误：当前进程执行了除0的指令，CPU的运算单元会发生异常，内核将这个异常解释为SIGFPE信号发送给进程
   段错误：当前进程访问了非法内存地址，MMU会产生异常，内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程

综上，无论信号产生的方式有多少种，最终都是OS向进程写入信号

信号的保存

实际执行信号的处理动作称为信号的抵达。
信号产生到抵达之间的状态称为信号未决(pending)。
进程可以选择阻塞(block)某个信号。

阻塞和屏蔽：
阻塞：一个信号阻塞，则该信号永远无法抵达处理，除非解除阻塞
忽略：忽略是信号抵达的一种方式

block表：位图结构，比特位位置表示信号编号，比特位内容表示该信号是否被阻塞
pending表：位图结构，比特位的位置表示信号编号，比特位内容表示该信号是否未决
handler表：函数指针数组，每个函数指针的类型为void(*)(int),数组下标表示信号编号，数组内容表示该信号的抵达处理动作

因为pending表是位图结构，所以信号在抵达之前最多只计一次
pending表和block表可以使用相同的数据类型sigset_t存储，sigset_t称为信号集，阻塞信号集也叫做信号屏蔽字

信号集操作函数

sigprocmask:读取或更改进程的信号屏蔽字
how参数选项：
sigpending:读取当前进程的信号集

信号抵达时，一定会把对应的位图清0，先清0，再抵达

9,19号信号无法被阻塞，18号信号会被做特殊处理

信号的处理

之前说过：信号到来，可以不立即处理，在合适的时候处理，什么是合适的时候呢？
合适的时候：进程从内核态，切换会用户态时，信号会被检测并处理

内核态：OS的运行状态，权限级别高
用户态：普通程序的运行状态

32位平台下，进程地址空间中[0，3]GB属于用户空间，[3，4]GB属于内核空间
电脑开机时，第一个加载的软件是OS
OS只有一份，所以所有进程虚拟地址空间中的内核空间相同，用户空间不同，进程无论怎么切换，总能找到OS,本质就是通过进程的地址空间来访问即可
我们使用系统调用或者访问系统数据，其实还是在进程的地址空间中进行跳转的
用户可以随意访问用户空间，但用户不能直接访问内核空间，这时候，就必须能区分当前用户的运行模式：内核态和用户态， 设置CPU内寄存器指定标志位，更改CPU执行权限

sigaction结构体：
sa_handler：自定义动作
sa_sigaction：和实时信号相关，不做处理
sa_mask：执行signum的handler方法时，可再屏蔽其他信号
sa_flags：默认传0即可
sa_restorer：和实时信号相关，不做处理

当某个信号处理函数被调用时，内核会自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字中，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。如果设置了sa_mask，处理函数被调用时，内核会自动将sa_mask信号集中的信号加入进程的信号屏蔽字中，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
using namespace std;

 void handler(int signo)
 {
     cout << "get a signal, signo : " << signo << endl;
    sigset_t s;
    sigemptyset(&s);
    while (true)
    {
        cout << "pending set : ";
        sigpending(&s);
        for (int i = 31; i >= 1; i--)
        {
            if(sigismember(&s, i))
                cout << '1';
            else
                cout << '0';
        }
        cout << endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    cout << "pid : " << getpid() << endl;
    struct sigaction act, oact;
    act.sa_handler = handler;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaddset(&act.sa_mask, 3);
    sigaddset(&act.sa_mask, 4);
    sigaddset(&act.sa_mask, 5);

    //信号抵达处理时，阻塞该信号
    int n = sigaction(2, &act, &oact);
    assert(n == 0);

    while (true)
        sleep(1);
    return 0;
}

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