操作系统 — 浅析信号捕捉

2018-01-20 11:01:32来源:http://blog.csdn.net/dawn_sf/article/details/79102342作者:CSDN博客人点击

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捕捉信号

从上篇 浅析信号 中我们了解到信号机制是进程之间相互传递消息的一种方法,信号全称为软中断信号,也有人称作为软中断.从它的命名可以看出来


它的实质和使用和中断非常相似,所以,信号也可以说是进程控制的一部分.


软中断信号用来通知进程发生了异步事件.进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号.内核也可以因为内部事件而给进程发送信号,通


知进程发生了某个事件.注意,信号只是用来通知某进程发生了什么事情,并不给该进程传递任何数据.


收到信号的进程对各种信号有三种不同的处理方法: 第一种 直接忽略某个信号,什么也不做. 第二种 对该信号的处理保留系统的默认值,这种缺省


操作无外乎就是5种! 1.生成core文件然后结束进程 2.继续执行 3.直接结束进程 4.暂停此进程 5.想父进程发送我已经执行结束,等待回收资源.


第三种 就是类似于中断的处理程序,对于需要处理的信号,进程可以指定处理函数,由该函数来处理.


在进程表选项中有一个软中断信号域,该域中每一位对应一个信号,当有信号发送给进程时,对应位置位(类似于位图).由此可以看出来,进程对


不同的信号可以同时保留,但对同一个信号,进程并不知道处理之前来过多少个.前31个信号都是这种结构所以为非实时信号.


而我们这篇博客的着重点就是上面的进程对信号处理方式的第三种,也就是对需要处理的信号,进程可以指定处理函数,由该函数来处理.也就是


我们的信号捕捉!!!! 首先我们应该明白信号捕捉的过程中都发生了那些事情!



内核如何实现信号的捕捉

如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号.由于信号处理函数的代码是在用户空间的,处理过程


比较复杂,举例如下:


1.用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler.


2.当前正在执行main函数,这时发生中断或异常切换到内核态.


3.在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号SIGQUIT递达.


4.内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行,而是执行sighandler函数. sighandler


和main函数使用不同的堆栈空间,他们之间不存在调用和被调用的关系,是两个独立的控制流程.


5.sighandler函数返回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态


6.如果没有新的信号抵达,这次再返回用户态就是恢复main函数的上下文继续执行了 .


signal函数
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

该函数的作用在进程当中注册信号,图中typedef出来的sighandler_t是一个函数指针,因为这个signal函数的返回值是一个旧的信号处理函数


或者返回SIG_ERR. 第一个参数填写指定的信号.第二个参数有三种情况 :SIG_IGN让进程忽略指定信号SIG_DFL:让进程对待指定信号


执行其默认处理方式.传入指向自定义函数的函数指针让进程对待指定信号执行你传入的信号处理方法.我们来小小的试一把signal .


/*************************************************************************
> File Name: 11.c
> Author: ma6174
> Mail: ma6174@163.com
> Created Time: Wed 17 Jan 2018 04:43:59 PM PST
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void handler(int s)
{
printf("fuck you! you can't kill me'%d/n",s);
}
int main()
{
__sighandler_t oldhandler = NULL;
if((oldhandler = signal(SIGINT,handler)) == SIG_ERR)
{
perror("signal"),exit(1);
}
while(1)
{
printf("i am happy/n",sleep(1));
}
}
这段代码非常容易理解,我让这个进程拥有特殊的信号处理函数,让它可以无视ctrl+c信号的操作.那么我们来看看运行结果:


我看到这个进程这么happy,我就很不开心了 ,我用ctrl+c终止它的时候,它还还嘴说fuck you.于是我一怒之下!


使用了ctrl+/结束了这个进程.



这个进程太皮了,还跟我做对.我有一万种方法处理它. 不过呢,能够帮助大家学习signal函数,让它皮一下也没关系.接下来我们继续往下走.


sigaction函数
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

sigaction函数可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作.调用成功则返回0,出错则返回-1.signo是指定信号的编号.若act指针非空,则根


据cat修改该信号的处理动作.若oldact指针非空,则通过oldact传出该信号原来的处理动作.act和oldact指向sigaction的结构体:


struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); //存放普通信号处理函数的位置.
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);//存放实时信号处理函数的位置
sigset_t sa_mask; //处理信号的同时,对当前信号进行屏蔽.
intsa_flags; //填0即可
void (*sa_restorer)(void); //现在不需要了解到它.
};

将sa_handler赋值为常数SIG_IGN传给sigaction表示忽略信号.赋值为常数SIG_DFL表示执行系统默认动作,赋值为一个函数指针表示用自定义函数


捕捉信号,或者说想内核注册了一个信号处理函数,该函数返回值为void,可以带一个int参数,通过参数可以得知当前信号的编号,这样就可以用


同一个函数处理多种信号.显然,这也是一个回调函数,不是被main函数调用,而是被系统所调用.


当某个信号的处理函数被调用时,内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字,这样就保证了


在处理某个信号时,如果这种信号再次产生,那么他会被阻塞到当前处理结束位置.


如果调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还希望自动屏蔽另外一些信号,则用sa_mask字段说明这些额外需要屏蔽的信号,当信号


处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字. sa_flags字段置为0即可,现在不需要关心那么多!其实我们学了sigaction函数之后,我们就要学会


忘掉signal函数.因为sigaction函数比signal函数全面,而且更加严密,功能更强大!种种作用之下我觉得我们很有必要忘掉signal函数.



pause函数
#include <unistd.h>
int pause(void);

pause函数时调用进程挂起直到信号递达.如果信号的处理动作是终止进程,则进程终止,pause函数没有机会返回; 如果信号的处理 动作是忽略,则


进程进行处于挂起状态,pause不返回;如果信号的处理动作是捕捉,则调用了信号处理函数之后pause返回-1,errno设置为EINTR.所以Pause只有出


错的返回值,错误码 EINTR表示被信号中断.


设计实现一个mysleep函数

接下来我们使用上述的几个函数实现一个mysleep函数!这样可以帮助我们锻炼所学习到的内容.我们先列出mysleep的思路:


1.main函数调用mysleep函数,后者调用sigaction注册了SIGALRM信号的处理函数sig_alrmm.


2.调用alarm(nsecs)设定闹钟


3.调用pause等待,内核切换到别的进程.


4.nsece秒之后,闹钟超时,内核发出SIGALRM给这个进程.


5.从内核态返回这个进程的用户态之前处理未决信号,发现SIGALRM信号,其处理函数是sig_alrm.


6.切换到用户态执行sig_alrm函数,进入sig_alrm函数时SIGALRM信号被自动屏蔽,从sig_alrm函数返回时SIGALRM信号自动解除屏蔽.然后自动


执行系统调用sigreturn再次进入内核,再返回用户态进行执行进程的主控制流程.


7.pause函数返回-1,然后调用alarm(0)取消闹钟,调用sigaction恢复SIGALRM信号以前的处理动作.


/*************************************************************************
> File Name: mysleep.c
> Author: ma6174
> Mail: ma6174@163.com
> Created Time: Thu 18 Jan 2018 07:34:34 PM PST
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void sig_alrm(int sig)
{
//DO SOMETHING
}
unsigned int mysleep(unsigned int nsecs)
{
struct sigaction new,old;
unsigned int unslept = 0;
new.sa_handler = sig_alrm;
sigemptyset(&new.sa_mask);
new.sa_flags = 0;
sigaction(SIGALRM,&new,&old);
alarm(nsecs);
pause();
unslept = alarm(0);
sigaction(SIGALRM,&old,NULL);
return unslept;
}
int main()
{
while(1)
{
mysleep(1);
printf("1 seconds passed/n");
}
}

最后我解释两个问题:


1.信号处理函数sig_alrm什么都没有干,为什么还要注册它作为SIGALRM的处理函数?


因为如果你没有SIGALRM的处理函数,你看看pause函数的概念:


如果信号的处理动作是终止进程,则进程终止,pause函数没有机会返回; 如果信号的处理动作是忽略,则


进程进行处于挂起状态,pause不返回;如果信号的处理动作是捕捉,则调用了信号处理函数之后pause返回-1


现在明白了sig_alrm的作用了吧??


2.为什么要在Mysleep函数返回前要回复SIGALRM信号原来的sigaction?


我们想想想不恢复原来的信号处理方式会发生什么? 当你的信号的处理函数改变之后,那么以后所有用到这个信号的处理函数的地方都变成了


sig_alrm,这样很明显很不合理!所以我们需要将SIGALRM信号的处理函数改回去.让它的作用域只有这个mysleep里面.




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