Linux多进程开发III

1.信号，事件发生时对进程的通知机制，有时称为软件中断，是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式。发送进程的信号一般来源于内核。

引发内核为进程产生信号的事件：

对于前台进程，用户可以通过键盘输入特殊的中断字符来给它发送信号。
硬件发生异常，即硬件检测到一个错误条件并通知内核，再由内核发送相应信号给相关进程。
系统状态变化，如alarm定时器到期，进程执行的CPU时间超限等。
运行kill命令或调用kill函数。

2.使用信号的目的：

让进程知道发生了特定的事情。
强迫进程执行它自己代码中的信号处理程序。

3.信号的特点：

简单
不能携带大量信息
满足特定条件才发送
优先级比较高

4.查看系统定义的信号列表。前31为常规信号，其余为实时信号。

kill -l

5.常用信号。

SIGIN          <Ctrl + C>组合键，用户终端向正在运行的由此终端启动的程序发送信号          终止进程
SIGQUIT        <Ctrl + >组合键，用户终端向正在运行的由此终端启动的程序发送信号          终止进程
SIGKILL        无条件终止进程，不能被忽略，处理和阻塞                                  终止进程，可以杀死任何进程
SIGSEGV        知识进程进行了无效内存访问（段错误）                                   终止进程并产生core文件
SIGPIPE        破裂管道，向一个没有读端的管道写数据                                   终止进程
SIGCHILD       子进程结束时，父进程会收到该信号                                       忽略该信号
SIGCONT        如果进程已停止，则使其继续运行                                         继续/忽略
SIGSTOP        停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞                               终止进程

6.信号的5中默认处理动作。

Term 终止进程
Ign 当前进程忽略该信号
Core 终止进程并生成一个core文件
stop 暂停当前进程
Cont 继续执行当前被暂停的进程

7.信号的几种状态。

产生
未决
递达

8.SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕捉、阻塞和忽略。只能执行默认的动作。

9.生成core文件并查看。

ulimit -a                     // 查看core文件大小
ulimit -c 1024                // 修改core文件大小
(gdb) core-file core          // 在gdb调试下查看core文件中的错误

10.信号相关的函数。

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
    - 作用：给某个进程pid发送某个信号
    - pid: 需要发送信号的进程，>0 发送给指定进程；=0 发送给当前进程组；=-1 发送给每一个有权限接收该信号的进程；<-1 pid=某个进程组的ID取反
    - sig: 需要发送信号的编号或宏值，0表示不发送任何信号
 
int raise(int sig);
    - 作用：给当前的进程发送信号
    - sig: 要发送的信号
    - 返回值：成功返回0，失败返回非0
    - kill(getpid(), sig);
 
void abort(void);
    - 作用：发送SIGABRT信号给当前进程，杀死当前进程
    - kill(getpid(), SIGABRT);
 
#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
    - 作用：设置定时器，函数调用，开始倒计时，当倒计时为0时，函数会给当前的进程发送一个信号：SIGALARM
    - seconds: 倒计时的时长，单位：秒。如果参数为0，定时器无效（不进行倒计时，不发送信号）。取消一个定时器，通过alarm(0)。
    - 返回值：之前没有定时器返回0，之前有定时器返回之前的定时器剩余的时间
　　-SIGALARM：默认终止当前进程，每一个进程都有且只有唯一一个定时器。alarm(100) -> 该函数是非阻塞的
定时器，与进程的状态无关（自然定时法），无论进程处于什么状态，alarm都会计时。
 
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_val, struct itimerval *old_val);
    - 作用：设置定时器。可以代替alarm函数，精读微秒，可以实现周期性定时
    - which: 定时器漆以什么时间计时，ITIMER_REAL 真实时间，时间到达，发送SIGALRM；ITIMER_VIRTUAL 用户时间，时间到达，发送SIGVTALRM；ITMIER_PROF 以该进程在用户态和内核态所消耗的时间计算，               时间到达，发送SIGPROF；
    - new_val: 设置定时器的属性
    - old_val: 上一次定时的时间参数，一般不使用指定为NULL
    - 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置errno
struct itimerval {                   // 定时器
    struct timeval it_interval;      // 周期时间
    struct timeval it_value;         // 第一次延迟多长时间执行定时器 
};
struct timeval {                    // 时间
    time_t      tv_sec;             // 秒数
    suseconds_t tv_usec;            // 微秒
};

11.运行程序的时间

实际的时间 = 内核时间 + 用户时间 + 消耗的时间

进行文件IO操作的时候比较浪费时间

12.信号捕捉。信号捕捉要注册在信号之前。

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
    - 作用：设置某个信号的捕捉行为
    - signum: 要捕捉的信号
    - handler: 捕捉到的信号要如何处理，SIG_IGN：忽略信号；SIG_DFL：使用信号默认的行为；回调函数：这个函数是系统调用，程序员只负责写，捕捉到信号后如何处理信号
    - 返回值：成功返回上一次注册的信号处理函数的地址，第一次调用返回NULL；失败返回SIG_ERR，并设置错误号
    - 回调函数：程序员提前实现，函数类型根据需求，看函数指针定义；当信号产生时，由内核调用；函数指针是实现回调的手段，函数实现后，将函数名放到函数指针的位置
 
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *odlact);
    - 作用：检查或者改变信号的处理。信号捕捉
    - signum: 需要捕捉的信号的编号或者宏值
    - act: 捕捉到信号之后的处理动作
    - oldact: 上一次对信号捕捉相关的设置，一般设置为NULL
    - 返回值：成功返回0，石板返回-1
struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int);                                        // 函数指针，指向的函数是信号捕捉到之后的处理函数
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);                 // 不常用
    sigset_t   sa_mask;                                                 // 临时阻塞信号集，信号捕捉函数执行过程中临时阻塞某些信号
    int        sa_flags;                                                // 使用哪一个信号处理对捕捉到的信号进行处理，0表示使用sa_handler，SA_SIGINFO表示使用sa_sigaction
    void     (*sa_restorer)(void);                                      // 被废弃了
};

13.信号集。多个信号课使用一个称之为信号集的数据结构表示，系统数据类型为 sigset_t。PCB中有两个信号集。

阻塞信号集，信号的阻塞是让系统暂时保留信号留待以后发送。由于另外有办法让系统忽略信号，所以一般情况下信号的阻塞只是暂时的，只是为了防止信号打断敏感操作。
未决信号集，信号的“未决”是一种状态，指的是从信号的产生到信号被处理前的一段时间。
这两个信号集都是内二使用位图机制实现的，无法直接进行操作。需要借助信号集操作函数来对这两个信号集修改。

14.信号处理过程。

用户通过键盘 Ctrl + C，产生2号信号SIGINT（信号被创建）
信号产生但是没有被处理（未决）

在内核中将所有没有被处理的信号存储在一个集合中（未决信号集）
SIGINT信号状态被存储在第二盒标志位上

这个标志位的值为0，表示信号不是未决
这个标志位的值为1，表示信号处于未决

这个未决状态的信号，需要被处理，处理之前需要和另一个信号集（阻塞信号集），进行比较：

阻塞信号集默认不阻塞任何信号集
如果想要阻塞某些信号需要用户调用系统API

在处理的时候和阻塞信号集中的标志位进行查询，看是不是对该信号设置了阻塞：

如果没有阻塞，这个信号被处理
如果阻塞了，这个信号就继续处于未决状态，直到阻塞解除，这个信号就被处理

// 以下信号集相关的函数都是对自定义的信号集进行操作。
 
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
    - 作用：清空信号集中的数据，将信号集中的所有标志位置为0
    - set: 传出参数，需要操作的信号集
    - 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置errno
 
int sigfillset(sigset_t *set);
    - 作用：将信号集中的所有标志位置为1
    - set: 传出参数，需要操作的信号集
    - 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置errno
 
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
    - 作用：设置信号集中的某一个信号对应的标注为1，表示阻塞该信号
    - set: 传出参数，需要操作的信号集
    - signum: 需要设置阻塞的信号
    - 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置errno
 
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
    - 作用：设置信号集中的某一个信号对应的标注为0，表示不阻塞该信号
    - set: 传出参数，需要操作的信号集
    - signum: 需要设置不阻塞的信号
    - 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置errno
 
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
    - 作用：判断某个信号是否属于信号集set
    - set: 需要操作的信号集
    - signum: 需要判断的信号
    - 返回值：属于返回1，不属于返回0，调用失败返回-1并设置errno

15.处理系统信号集。（只能改变内核阻塞信号集，不能改变未决信号集）

int sigprocmask(int how, cosnt sigset_t *set, sigset_t *oldset);
    - 作用：将自定义信号集中的数据设置到内核中（设置阻塞，解除阻塞，替换）
    - how: 如何对内核阻塞信号集进行处理，
        - SIG_BLOCK 将用户设置的阻塞信号集添加到内核中，内核原来的数据不变，即：mask | set；（假设内核中默认阻塞信号集为mask）
        - SIG_UNBLOCK 根据用户设置的数据，对内核中的数据进行解除阻塞，即：mask &= ~set
        - SIG_SETMASK 覆盖内核中原来的值
    - set: 已经初始化好的用户自定义的信号集
    - old_set: 保存设置之前的内核中的阻塞信号集的状态，可以使NULL
    - 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置错误号：EFAULT、EINVAL
 
int sigpending(sigset_t *set);
    - 作用：获取内核中的未决信号集
    - set: 传出参数，保存的是内核中的未决信号集中的信息

16.以下三种条件都会给父进程发送SIGCHILD信号，父进程默认忽略该信号。SIGCHILD信号产生的条件：

子进程终止
子进程接收到SIGSTOP信号停止时
子进程处在停止态，接收到SIGCONT后唤醒

17.在父进程注册完信号捕捉之前，子进程就结束了，会出现段错误。所以需要提前设置好阻塞信号集，阻塞SIGCHILD。

sigset_t set;
sigemptyset(&set);
sigeaddset(&set, SIGCHLD);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);        // 阻塞
sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);      // 解除阻塞