读书笔记
本章讲述了信号和信号处理;介绍了信号和中断的统一处理，有助于从正确的角度看待信号;将信号视为进程中断，将进程从正常执行转移到信号处理;解释了信号的来源，包括来自硬件、异常和其他进程的信号;然后举例说明了信号在UnixLinux中的常见用法;详细解释了Unix/Linux中的信号处理，包括信号类型、信号向量位、信号掩码位、进程PROC结构体中的信号处理程序以及信号处理步骤;用示例展示了如何安装信号捕捉器来处·理程序异常，如用户模式下的段错误;还讨论了将信号用作进程间通信(IPC)机制的适用性。读者可借助该编程项目，使用信号和管道来实现用于进程交换信息的进程间通信机制。
信号和中断
人员中断
来自硬件的中断：大楼着火，闹钟响了等
来自其他人的中断：电话响了，有人敲门等。
自己造成的中断：切到手指,吃得太多等。
按照紧急程度，中断可分为以下几类:
不可屏蔽(NMI)：大楼着火!
可屏蔽：有人敲门等。
进程中断
这类中断是发送给进程的中断。当某进程正在执行时，可能会收到来自3个不同来源的中断:
来自硬件的中断:终端、间隔定时器的“Ctrl+C”组合键等。
来自其他进程的中断:kill(pid，SIG#), death_of_child等。
自己造成的中断:除以0、无效地址等。
每个进程中断都被转换为一个唯一ID号，发送给进程。与多种类的人员中断不同，我们始终可限制在一个进程中的中断的数量。Unix/Linux中的进程中断称为信号，编号为1到31。进程的PROC结构体中有对应每个信号的动作函数，进程可在收到信号后执行该动作函数。与人员类似，进程也可屏蔽某些类型的信号，以推迟处理。必要时，进程还可能会修改信号动作函数。
硬件中断
这类中断是发送给处理器或CPU的信号。它们也有三个可能的来源:
来自硬件的中断:定时器、1/O设备等
来自其他处理器的中断:FFP、DMA、多处理器系统中的其他CPU
自己造成的中断:除以О、保护错误、INT指令。
每个中断都有唯一的中断向量号。动作函数是中断向量表中的中断处理程序。CPU不会导致任何自己造成的中断(除非出错)。这种中断是由于进程正在使用或在大多数情况下误用CPU造成的。
进程的陷阱错误
进程可能会自己造成中断。这些中断是由被CPU识别为异常的错误引起的，例如除以0、无效地址、非法指令、越权等。当进程遇到异常时，它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在用户模式下发生异常，则进程的默认操作是终止，并使用一个可选的内存转储进行调试。
Unix/Linux信号示例
(1)按“Ctrl+C”组合键通常会导致当前运行的进程终止。原因如下：
“Ctr1+C”组合键会生成一个键盘硬件中断。键盘中断处理程序将“Ctrl+C”组合键转换为SIGINT(2)信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输人的进程。在内核模式下，每个进程都要检查和处理未完成的信号。进程对大多数信号的默认操作是调用内核的kexit(exitValue)函数来终止。在Linux中，exitValue的低位字节是导致进程终止的信号编号。
(2）用户可使用nohup a.out &命令在后台运行一个程序。即使在用户退出后，进程仍将继续运行。nobup命令会使sh像往常一样复刻子进程来执行程序，但是子进程会忽略SIGHuP(1)信号。当用户退出时，sh会向与终端有关的所有进程发送一个SIGHUP信号。后台进程在接收到这一信号后，会忽略它并继续运行。为防止后台进程使用终端进行I/O,后台进程通常会断开与终端的连接(通过将其文件描述符0、1、2重定向到/dev/null)，使其完全不受任何面向终端信号的影响。
(3)用户可以使用sh命令killpid(orkill-s9pia)杀死该程。方法如下。执行杀死的进程向pid标识的目标进程发送一个SIGTERM ( 15 )信号，请求它死亡。目标进程将会遵从请求并终止。如果进程选择忽略SIGTERM信号，它可能拒绝死亡。
Unix/Linux信号处理
信号的作用：通知进程异步事件的发生。
在Linux中可以识别29中不同的信号，进程可以显示的用kill或killpg系统调用来向另一个进程发信号。信号发生时，内核中断当前进程，进程执行处理函数来响应信号，信号结束后恢复正常的进程处理。
信号 值 处理动作 发出信号的原因
SIGHUP 1 A 终端挂起或者控制进程终止
SIGINT 2 A 键盘中断（如break键被按下）
SIGQUIT 3 C 键盘的退出键被按下
SIGILL 4 C 非法指令
SIGABRT 6 C 由abort(3)发出的退出指令
SIGFPE 8 C 浮点异常
SIGKILL 9 AEF Kill信号
SIGSEGV 11 C 无效的内存引用
SIGPIPE 13 A 管道破裂: 写一个没有读端口的管道
SIGALRM 14 A 由alarm(2)发出的信号
SIGTERM 15 A 终止信号
SIGUSR1 30,10,16 A 用户自定义信号1
SIGUSR2 31,12,17 A 用户自定义信号2
SIGCHLD 20,17,18 B 子进程结束信号
SIGCONT 19,18,25 进程继续（曾被停止的进程）
SIGSTOP 17,19,23 DEF 终止进程
SIGTSTP 18,20,24 D 控制终端（tty）上按下停止键
SIGTTIN 21,21,26 D 后台进程企图从控制终端读
SIGTTOU 22,22,27 D 后台进程企图从控制终端写
SIGBUS 10,7,10 C 总线错误(错误的内存访问)
SIGPOLL A Sys V定义的Pollable事件，与SIGIO同义
SIGPROF 27,27,29 A Profiling定时器到
SIGSYS 12,-,12 C 无效的系统调用 (SVID)
SIGTRAP 5 C 跟踪/断点捕获
SIGURG 16,23,21 B Socket出现紧急条件(4.2 BSD)
SIGVTALRM 26,26,28 A 实际时间报警时钟信号(4.2 BSD)
SIGXCPU 24,24,30 C 超出设定的CPU时间限制(4.2 BSD)
SIGXFSZ 25,25,31 C 超出设定的文件大小限制(4.2 BSD)
相关函数：
1.捕捉信号：signal
用于决定系统信号的响应。
格式：
include <signal.h>
void (signal(int signo, void (func)(int)))(int);
//func为SIG_IGN表示内核忽略此信号
//func为SIG_DFL表示接到此信号的动作时默认动作
//func为函数地址时为捕捉信号
2.发送信号：kill和raise、alarm、getitimer和setitimer、pause
kill：向其他进程发信号
raise：向当前进程发信号
alarm：设置一个时间值（闹钟时间），当所设置被超过产生SIGLRM信号，默认动作时终止进程
getitimer和setitimer：获取和设置间隔定时器的函数
pause：使进程挂起，直到捕捉到一个信号
格式：
include <sys/types.h>
include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
int raise(int sig);
//raise等价于kill(getpid(),sig)
//
include <unist.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
//
include <sys/time.h>
int getitimer(int which, struct itimerval *value);
intsetitimer(int which, const struct itimerval *value,struct itimerval *ovalue);
//
include <unistd.h>
int pause(void);
【信号屏蔽字】：
每个进程都有一个屏蔽字，它规定了当前要阻塞递送到该进程的信号集。
1.设置
函数：sigpromask、sigpending
sigpromask：检测或更改进程的信号屏蔽字
sigpending：返回对于调用进程被阻塞不能递送和当前未决定的信号集
格式：
include <signal.h>
int sigpromask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
int sigpending(sigset_t *set);
2.实现
函数：sigaction
sigaction:检查或修改与指定信号相关联的处理动作。
格式：
include <signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction oact);
//结构体原型如下
struct sigaction
{
void (sa_handler)();//addr of signal handler, or SIG_IGN, or SIG_DFL
sigset_t sa_mask;//additional to block
int sa_flag;//signal options
};
【相关操作】：
函数：sigsetjmp和siglongjmp、sigsuspend、abort、system、sleep
sigsetjmp和siglongjmp：非局部转移信号处理
sigsuspend：在一个原子操作中实现恢复信号屏蔽字，然后使进程睡眠。
abort：使程序异常终止
system：执行系统命令
sleep：挂起调用中的进程，直到过了预定时间或收到一个信号并从信号处理程序返回。可以由alarm函数实现。
格式：
include <setjmp.h>
int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savemask);
void siglongjmp(sigjmp_buf env, int val);
//
include <signal.h>
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);
//
include <stdlib.h>
void abort(void);
int system(const char *string);
//
include <unistd.h>
unsigned int sleep(unsigned int second);
五、信号处理步骤
(1)当某进程处于内核模式时，会检查信号并处理未完成的信号。如果某信号有用户安装的捕捉函数，该进程会先清除信号，获取捕捉函数地址，对于大多数陷阱信号，则将已安装的捕捉函数重置为DEFaulta然后，它会在用户模式下返回，以执行埔捉函数，以这种方式篡改返回路径。当捕捉函数结束时，它会返回到最初的中断点，即它最后进入内核模式的地方。因此,该进程会先迁回执行捕捉函数，然后再恢复正常执行。
(2）重置用户安装的信号捕捉函数:用户安装的陷阱相关信号捕捉函数用于处理用户代码中的陷阱错误。由于捕捉函数也在用户模式下执行，因此可能会再次出现同样的错误。如果是这样，该进程最终会陷入无限循环，一直在用户模式和内核模式之间跳跃。为了防止这种情况，Unix内核通常会在允许进程执行捕捉函数之前先将处理函数重置为DEFault。这意昧着用户安装的捕捉函数只对首次出现的信号有效。若要捕捉再次出现的同一信号，则必须重新安装捕捉函数。但是，用户安装的信号捕捉函数的处理方法并不都一样，在不同 Unix版本中会有所不同。例如，在 BSD Unix中，信号处理函数不会被重置，但是该信号在执行信号捕捉函数时会被阻塞。感兴趣的读者可参考关于Linux信号和 sigaction函数的手册页，以了解更多详细信息。
(3）信号和唤醒:在Unix/Lintux内核中有两种SLEEP进程;深度休眠进程和浅度休眠进程。前一种进程不可中断，而后一种进程可由信号中断。如果某进程处于不可中断的SLEEP状态，到达的信号(必须来自硬件中断或其他进程)不会唤醒进程。如果它处于可中断的SLEEP状态，到达的信号将会唤醒它。例如，当某进程等待终端输入时，它会以低优先级休眠，这种休眠是可中断的,SIGINT这类信号即可唤醒它。"