嵌入式學習筆記：linux進程通信之信號函數(shù)
時間：2018-09-26 來源：未知
1、信號注冊函數(shù)： signal
#include
void (*signal(int signum, void (*sighandler_t)(int))) (int); typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
入?yún)ⅲ?/p>
signum 哪個信號
handle 信號所對應(yīng)的處理函數(shù);SIG_IGN：忽略此信號;SIG_DFL：按系統(tǒng)默認
方式處理
該函數(shù)由ANSI定義，由于歷史原因在不同版本的Unix和不同版本的Linux中可能有不同的行為。因此應(yīng)該盡量避免使用它，取而代之使用sigaction函數(shù)。
2、修改信號處理動作(通常在Linux用其來注冊一個信號的捕捉函數(shù))
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
成功：0;失敗：-1，設(shè)置errno
參數(shù)：
act：傳入?yún)?shù)，新的處理方式。
oldact：傳出參數(shù)，舊的處理方式。
struct sigaction結(jié)構(gòu)體
struct sigaction {
void
void
sigset_t
int
void
(*sa_handler)(int);
(*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sa_mask;
sa_flags;
(*sa_restorer)(void);
};
sa_restorer：該元素是過時的，不應(yīng)該使用，POSIX.1標準將不指定該元素。(棄用)
sa_sigaction：當sa_flags被指定為SA_SIGINFO標志時，使用該信號處理程序。(很少使用)
重點掌握：
① sa_handler：指定信號捕捉后的處理函數(shù)名(即注冊函數(shù))。也可賦值為SIG_IGN表忽略 或 SIG_DFL表執(zhí)行默認動作
② sa_mask: 調(diào)用信號處理函數(shù)時，所要屏蔽的信號集合(信號屏蔽字)。注意：僅在處理函數(shù)被調(diào)用期間屏蔽生效，是臨時性設(shè)置。
③ sa_flags：通常設(shè)置為0，表使用默認屬性。
內(nèi)核實現(xiàn)信號捕捉過程：
信號捕捉特性：
1、進程正常運行時，默認PCB中有一個信號屏蔽字，假定為☆，它決定了進程自動屏蔽哪些信號。當注冊了某個信號捕捉函數(shù)，捕捉到該信號以后，要調(diào)用該函數(shù)。而該函數(shù)有可能執(zhí)行很長時間，在這期間所屏蔽的信號不由☆來指定。而是用sa_mask來指定。調(diào)用完信號處理函數(shù)，再恢復(fù)為☆。
2、XXX信號捕捉函數(shù)執(zhí)行期間，XXX信號自動被屏蔽。
3、阻塞的常規(guī)信號不支持排隊，產(chǎn)生多次只記錄一次。(后32個實時信號支持排
隊)
3、pause函數(shù) ： 掛起當前的進程，直到收到一個信號，才會接著執(zhí)行
調(diào)用該函數(shù)可以造成進程主動掛起，等待信號喚醒。調(diào)用該系統(tǒng)調(diào)用的進程將處于阻塞狀態(tài)(主動放棄cpu) 直到有信號遞達將其喚醒。
int pause(void);
返回值：-1 并設(shè)置errno為EINTR
① 如果信號的默認處理動作是終止進程，則進程終止，pause函數(shù)么有機會返回。 ② 如果信號的默認處理動作是忽略，進程繼續(xù)處于掛起狀態(tài)，pause函數(shù)不返回。 ③ 如果信號的處理動作是捕捉，則【調(diào)用完信號處理函數(shù)之后，pause返回-1】errno設(shè)置為 EINTR，表示“被信號中斷”。想想我們還有哪個函數(shù)只有出錯返回
值。
④ pause收到的信號不能被屏蔽，如果被屏蔽，那么pause就不能被喚醒。
4、alarm函數(shù)
設(shè)置定時器(鬧鐘)。在指定seconds后，內(nèi)核會給當前進程發(fā)送14)SIGALRM信號。進程收到該信號，默認動作終止。
每個進程都有且只有唯一個定時器。
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
返回0或剩余的秒數(shù)，無失敗。
常用：取消定時器alarm(0)，返回舊鬧鐘余下秒數(shù)。
例：alarm(5) → 3sec → alarm(4) → 5sec → alarm(5) → alarm(0)
定時，與進程狀態(tài)無關(guān)(自然定時法)!就緒、運行、掛起(阻塞、暫停)、終止、僵尸...無論進程處于何種狀態(tài)，alarm都計時。
使用time命令查看程序執(zhí)行的時間。程序運行的瓶頸在于IO，優(yōu)化程序，首選優(yōu)化IO。
實際執(zhí)行時間 = 系統(tǒng)時間 + 用戶時間 + 等待時間
5、raise函數(shù)： 自己給自己發(fā)送信號 raise(signo) == kill(getpid(), signo);
int raise(int sig);
成功：0，失敗非0值
入?yún)ⅲ?發(fā)送的信號
6、abort 函數(shù)：給自己發(fā)送異常終止信號 6) SIGABRT 信號，終止并產(chǎn)生core文件 void abort(void); //該函數(shù)無返回
kill函數(shù)/命令產(chǎn)生信號
1、kill命令產(chǎn)生信號：kill -SIGKILL pid
2、kill函數(shù)：給指定進程發(fā)送指定信號(不一定殺死)
7、int kill(pid_t pid, int sig);
成功：0;失敗：-1 (ID非法，信號非法，普通用戶殺init進程等權(quán)級問題)，設(shè)置errno sig：不推薦直接使用數(shù)字，應(yīng)使用宏名，因為不同操作系統(tǒng)信號編號可能不同，但名稱一致。
pid > 0: 發(fā)送信號給指定的進程。
pid = = 0: 發(fā)送信號給 與調(diào)用kill函數(shù)進程屬于同一進程組的所有進程。
pid < 0: 取|pid|發(fā)給對應(yīng)進程組。
pid = = -1：發(fā)送給進程有權(quán)限發(fā)送的系統(tǒng)中所有進程。
進程組：每個進程都屬于一個進程組，進程組是一個或多個進程集合，他們相互關(guān)聯(lián)，共同完成一個實體任務(wù)，每個進程組都有一個進程組長，默認進程組ID與進程組長ID
相同。
權(quán)限保護：super用戶(root)可以發(fā)送信號給任意用戶，普通用戶是不能向系統(tǒng)用戶發(fā)送信號的。 kill -9 (root用戶的pid) 是不可以的。同樣，普通用戶也不能向其他
普通用戶發(fā)送信號，終止其進程。 只能向自己創(chuàng)建的進程發(fā)送信號。普通用戶基本規(guī)則是：發(fā)送者實際或有效用戶ID == 接收者實際或有效用戶ID
時序競態(tài)
設(shè)想如下場景：
欲睡覺，定鬧鐘10分鐘，希望10分鐘后鬧鈴將自己喚醒。
正常：定時，睡覺，10分鐘后被鬧鐘喚醒。
異常：鬧鐘定好后，被喚走，外出勞動，20分鐘后勞動結(jié)束。回來繼續(xù)睡覺計劃，但勞動期間鬧鐘已經(jīng)響過，不會再將我喚醒。
時序問題分析
回顧，借助pause和alarm實現(xiàn)的mysleep函數(shù)。設(shè)想如下時序：
1. 注冊SIGALRM信號處理函數(shù) (sigaction...)
2. 調(diào)用alarm(1) 函數(shù)設(shè)定鬧鐘1秒。
3. 函數(shù)調(diào)用剛結(jié)束，開始倒計時1秒。當前進程失去cpu，內(nèi)核調(diào)度優(yōu)先級高的進程(有多個)取代當前進程。當前進程無法獲得cpu，進入就緒態(tài)等待cpu。
4. 1秒后，鬧鐘超時，內(nèi)核向當前進程發(fā)送SIGALRM信號(自然定時法，與進程狀態(tài)無
關(guān))，高優(yōu)先級進程尚未執(zhí)行完，當前進程仍處于就緒態(tài)，信號無法處理(未決)
5. 優(yōu)先級高的進程執(zhí)行完，當前進程獲得cpu資源，內(nèi)核調(diào)度回當前進程執(zhí)行。
SIGALRM信號遞達，信號設(shè)置捕捉，執(zhí)行處理函數(shù)sig_alarm。
6. 信號處理函數(shù)執(zhí)行結(jié)束，返回當前進程主控流程，pause()被調(diào)用掛起等待。(欲
等待alarm函數(shù)發(fā)送的SIGALRM信號將自己喚醒)
7. SIGALRM信號已經(jīng)處理完畢，pause不會等到。
解決時序問題
可以通過設(shè)置屏蔽SIGALRM的方法來控制程序執(zhí)行邏輯，但無論如何設(shè)置，程序都有可能在“解除信號屏蔽”與“掛起等待信號”這個兩個操作間隙失去cpu資源。除非將這兩步驟合并成一個“原子操作”。sigsuspend函數(shù)具備這個功能。在對時序要求嚴格的場
合下都應(yīng)該使用sigsuspend替換pause。
int sigsuspend(const sigset_t *mask);//掛起等待信號。
sigsuspend函數(shù)調(diào)用期間，進程信號屏蔽字由其參數(shù)mask指定。
可將某個信號(如SIGALRM)從臨時信號屏蔽字mask中刪除，這樣在調(diào)用sigsuspend時將解除對該信號的屏蔽，然后掛起等待，當sigsuspend返回時，進程的信號屏蔽字恢復(fù)為原來的值。如果原來對該信號是屏蔽態(tài)，sigsuspend函數(shù)返回后仍然屏蔽該信號。
競態(tài)條件，跟系統(tǒng)負載有很緊密的關(guān)系，體現(xiàn)出信號的不可靠性。系統(tǒng)負載越嚴重，信號不可靠性越強。
不可靠由其實現(xiàn)原理所致。信號是通過軟件方式實現(xiàn)(跟內(nèi)核調(diào)度高度依賴，延時性強)，每次系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，或中斷處理處理結(jié)束后，需通過掃描PCB中的未決信號集，來判斷是否應(yīng)處理某個信號。當系統(tǒng)負載過重時，會出現(xiàn)時序混亂。
這種意外情況只能在編寫程序過程中，提早預(yù)見，主動規(guī)避，而無法通過gdb程序調(diào)試等其他手段彌補。且由于該錯誤不具規(guī)律性，后期捕捉和重現(xiàn)十分困難。
8、setitimer函數(shù)
設(shè)置定時器(鬧鐘)。 可代替alarm函數(shù)。精度微秒us，可以實現(xiàn)周期定時。
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
成功：0;失敗：-1，設(shè)置errno
參數(shù)：which：指定定時方式
① 自然定時：ITIMER_REAL → 14)SIGLARM 計算自然時間
② 虛擬空間計時(用戶空間)：ITIMER_VIRTUAL → 26)SIGVTALRM 只計算進程占
用cpu的時間
③ 運行時計時(用戶+內(nèi)核)：ITIMER_PROF → 27)SIGPROF 計算占用cpu及執(zhí)行系
統(tǒng)調(diào)用的時間
信號集操作函數(shù)：
內(nèi)核通過讀取未決信號集來判斷信號是否應(yīng)被處理。信號屏蔽字mask可以影響未決信號集。而我們可以在應(yīng)用程序中自定義set來改變mask。已達到屏蔽指定信號的目的。
信號集設(shè)定：
sigset_t set; // typedef unsigned long sigset_t;
int sigemptyset(sigset_t *set); //將某個信號集清0
成功：0;失敗：-1
int sigfillset(sigset_t *set); //將某個信號集置
1
成功：0;失敗：-1
int sigaddset(sigset_t *set, int signum); //將某個信號加入信號集
成功：0;失敗：-1
int sigdelset(sigset_t *set, int signum); //將某個信號清出信號集
成功：0;失敗：-1
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);//判斷某個信號是否在信號
集中
返回值：在集合：1;不在：0;出錯：-1
sigset_t類型的本質(zhì)是位圖。但不應(yīng)該直接使用位操作，而應(yīng)該使用上述函數(shù)，保證
跨系統(tǒng)操作有效。
對比認知select 函數(shù)。
9、sigprocmask函數(shù)
用來屏蔽信號、解除屏蔽也使用該函數(shù)。其本質(zhì)，讀取或修改進程的信號屏蔽字(PCB
中)
嚴格注意，屏蔽信號：只是將信號處理延后執(zhí)行(延至解除屏蔽);而忽略表示將信號
丟處理。
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); 成功：0;失敗：-1，設(shè)置errno
參數(shù)：
set：傳入?yún)?shù)，是一個位圖，set中哪位置1，就表示當前進程屏蔽哪個信號。
oldset：傳出參數(shù)，保存舊的信號屏蔽集。
how參數(shù)取值：假設(shè)當前的信號屏蔽字為mask
SIG_BLOCK: 當how設(shè)置為此值，set表示需要屏蔽的信號。相當于 mask = mask|set
SIG_UNBLOCK: 當how設(shè)置為此，set表示需要解除屏蔽的信號。相當于 mask = mask & ~set
SIG_SETMASK: 當how設(shè)置為此，set表示用于替代原始屏蔽及的新屏蔽集。相當于 mask = set若，調(diào)用sigprocmask解除了對當前若干個信號的阻塞，則在sigprocmask返回
前，至少將其中一個信號遞達。
10、sigpending函數(shù)
讀取當前進程的未決信號集
int sigpending(sigset_t *set); //set傳出參數(shù)。
返回值：成功：0;失敗：-1，設(shè)置errno
