??作者：一只大喵咪1201
??專欄：《Linux學(xué)習(xí)》
??格言：你只管努力，剩下的交給時(shí)間！

信號(hào)的產(chǎn)生以及詳細(xì)講解了，有興趣的小伙伴可以去看看，傳送門。接下來介紹信號(hào)的保存和信號(hào)處理。

首先介紹幾個(gè)新的概念：

• 信號(hào)遞達(dá)(Delivery)：實(shí)際執(zhí)行信號(hào)的處理動(dòng)作。
• 信號(hào)未決(Pending)：信號(hào)從產(chǎn)生到遞達(dá)之間的狀態(tài)。
• 信號(hào)阻塞(Block)：被阻塞的信號(hào)產(chǎn)生時(shí)將保持在未決狀態(tài)，直達(dá)解除對(duì)該信號(hào)的阻塞，才執(zhí)行遞達(dá)動(dòng)作。

注意： 阻塞和忽略是不同的，只要信號(hào)被阻塞就不會(huì)被遞達(dá)，但是忽略是在遞達(dá)之后進(jìn)行的一種處理動(dòng)作。

??信號(hào)保存

我們知道，信號(hào)是保存在內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的，下面來看它具體的儲(chǔ)存模型：

• pending表：用來存放接收到的信號(hào)，操作系統(tǒng)向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)時(shí)，都會(huì)修改pending表中對(duì)應(yīng)編號(hào)處的比特位。
• block表：用來存放被阻塞的信號(hào)，當(dāng)指定信號(hào)需要被阻塞時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)修改block表中對(duì)應(yīng)編號(hào)處的比特位。
• handler表：這是是一個(gè)數(shù)組，用來存放不同信號(hào)的處理方法，保存的是函數(shù)指針。

當(dāng)我們使用signal注冊(cè)一個(gè)自定義處理方式時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將我們定義的函數(shù)指針放在handler表中，在信號(hào)遞達(dá)后調(diào)用。如果是默認(rèn)處理方式，會(huì)調(diào)用handler默認(rèn)的初始函數(shù)指針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的函數(shù)。

• 信號(hào)產(chǎn)生后，操作系統(tǒng)就會(huì)修改pending位圖，使信號(hào)處于未決狀態(tài)。

操作系統(tǒng)會(huì)按照一定的順序來檢查block表和pending表，然后去調(diào)用相應(yīng)信號(hào)編號(hào)的處理方式來完成信號(hào)遞達(dá)。大概邏輯(偽代碼)：

if(1<<(signo - 1) & pcb->block)
{
	//signo信號(hào)被阻塞，不會(huì)被遞達(dá)
}
else
{
	if(1<<(signo - 1) & pcb->pending)
	{
		//信號(hào)遞達(dá)，處理該信號(hào)
		handler[signo - 1];
	}
}

操作系統(tǒng)在對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測的時(shí)候，先檢測的是信號(hào)的block位圖，如果對(duì)應(yīng)信號(hào)的比特位被置一，說明該信號(hào)被阻塞，就不再去檢測pending位圖。如果沒有被阻塞，才會(huì)去檢測pending位圖，如果相應(yīng)的位被置一，再去調(diào)用handler表中的處理函數(shù)。

結(jié)論： 如果一個(gè)信號(hào)沒有產(chǎn)生，但是并不妨礙它被阻塞。

被阻塞的信號(hào)，在產(chǎn)生之后就會(huì)一直處于未決狀態(tài)，不會(huì)被遞達(dá)，只有當(dāng)阻塞被解除后才會(huì)被遞達(dá)。

• 默認(rèn)情況下，所有信號(hào)都是不被阻塞的，所有信號(hào)都沒有產(chǎn)生，也就是block位圖和pending位圖都是0。

??信號(hào)集操作

pending圖，block圖以及handler表是存放在內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的，所以只能由操作系統(tǒng)來修改，我們用戶如果要修改也能通過操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，所以操作系統(tǒng)同樣給我們提供了系統(tǒng)調(diào)用。

• handler表中的函數(shù)指針可以通過系統(tǒng)調(diào)用signal來設(shè)置。

對(duì)于block位圖和pending位圖的修改，操作系統(tǒng)提供了一族系統(tǒng)調(diào)用，稱為信號(hào)集操作函數(shù)。

• sigset_t set：信號(hào)集變量。
• int signum：信號(hào)編號(hào)。
• 返回值：成功返回0，失敗返回-1。

信號(hào)集：

用戶在設(shè)置pending位圖和block位圖的時(shí)候，并不能直接讓系統(tǒng)調(diào)用將內(nèi)核中對(duì)于的比特位置一或清0，而是需要預(yù)先在一個(gè)變量中表達(dá)出我們的意愿，然后將這個(gè)變量通過系統(tǒng)調(diào)用給到操作系統(tǒng)，再由操作系統(tǒng)去修改內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• 操作系統(tǒng)給我們提供了一個(gè)sigset_t的變量類型，用戶只需要對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行預(yù)設(shè)置，然后再交給操作系統(tǒng)。

系統(tǒng)提供的信號(hào)集操作函數(shù)操作的也是也是這個(gè)域先處理的變量，之所以也用系統(tǒng)調(diào)用來處理這個(gè)變量，是因?yàn)檫@個(gè)變量不單單是一個(gè)32位的整形變量，它的結(jié)構(gòu)和內(nèi)核是對(duì)應(yīng)的，所以操作也要按照相應(yīng)的規(guī)則。

• 從使用者的角度不必關(guān)心具體是如何操作的，只需要使用信號(hào)集操作函數(shù)來操作sigset_t變量即可。
• sigset_t變量用其他方式是無法操作的，比如用printf去打印，這是沒有意義的。

具體操作：

• sigemptyset：使所有信號(hào)對(duì)應(yīng)的bit清零，表示該信號(hào)集不包含任何有效信號(hào)。
• sigfillset：使所有信號(hào)對(duì)應(yīng)的bit置位，表示該信號(hào)集的有效信號(hào)包括系統(tǒng)支持的所有信號(hào)。
• sigaddset：使指定信號(hào)所對(duì)應(yīng)的bit置位，表示該信號(hào)集中對(duì)應(yīng)信號(hào)有效。
• sigdetset：使指定信號(hào)所對(duì)應(yīng)的bit清零，表示該信號(hào)集中對(duì)應(yīng)信號(hào)無效。
• sigismember：判斷指定信號(hào)所對(duì)應(yīng)的bit是否有效，返回類型是bool類型。

• 在使用sigset_t類型的變量之前，一定要調(diào)用sigemptyset進(jìn)行初始化，使信號(hào)集處于確定狀態(tài)。

此時(shí)我們已經(jīng)對(duì)sigset_t變量預(yù)處理好了，下一步就是把這個(gè)變量交給操作系統(tǒng)了，操作系統(tǒng)同樣提供了對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用。

sigprocmask():

該系統(tǒng)調(diào)用是專門用來修改內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的block位圖的。

• int how：修改方式，有三個(gè)選項(xiàng)：
  SIG_BLOCK：在block原有位圖基礎(chǔ)上添加sigset_t變量中設(shè)置的比特位。
  SIG_UNBLICK：在bolck原有位圖解除上刪除sigset_t變量中設(shè)置的比特位。
  SIG_SETMASK：用sigset_t變量覆蓋原有的block位圖。一般使用這個(gè)。
• set：我們?cè)O(shè)置好的sigset_t變量。
• oldeset：這是一個(gè)輸出型參數(shù)，將原本block位圖輸出到這個(gè)sigset_t變量中。
• 返回值：設(shè)置成功返回0，失敗返回-1。

sigpending():

這是專門用來獲取內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的pending位圖的。

• set：這是一個(gè)輸出型參數(shù)，用來返回從內(nèi)核中獲取的pending位圖情況。
• 返回值：成功返回0，失敗返回-1。

此時(shí)我們可以利用上面的系統(tǒng)調(diào)用做一個(gè)小的實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證某個(gè)信號(hào)被阻塞后，它的pengding位圖會(huì)被置一，但是不會(huì)被遞達(dá)。

將編號(hào)為2號(hào)和3號(hào)的信號(hào)阻塞，并且用自定義處理方式來處理2號(hào)和3號(hào)信號(hào)，一旦遞達(dá)就會(huì)被處理，打印出信號(hào)的編號(hào)，但是不退出。

循環(huán)打印內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)果中的pending位圖，觀察進(jìn)程在接收到2號(hào)和3號(hào)信號(hào)后的位圖變化。

• 在接收到2號(hào)信號(hào)以后，pending位圖的第二個(gè)比特位置一，表明該信號(hào)處于未決狀態(tài)。
• 在接收到3號(hào)信號(hào)以后，pending位圖的第三個(gè)比特位也置一，表明該信號(hào)也處于未決狀態(tài)。
• 無論哪個(gè)信號(hào)產(chǎn)生，都沒有遞達(dá)，因?yàn)闆]有執(zhí)行自定義處理函數(shù)。

所以說，被阻塞的信號(hào)，即使產(chǎn)生也是處于未決狀態(tài)，不會(huì)被遞達(dá)。

在10秒鐘后，解除對(duì)指定信號(hào)的屏蔽。

• 原本2號(hào)和3號(hào)信號(hào)被阻塞，即使產(chǎn)生也處于未決狀態(tài)，沒有被遞達(dá)。
• 當(dāng)解除阻塞以后，被阻塞的信號(hào)便遞達(dá)了，自定義處理方式中打印出了信號(hào)編號(hào)。
• 信號(hào)遞達(dá)后，對(duì)應(yīng)pending位圖中的比特位被自動(dòng)清零。

??信號(hào)處理

現(xiàn)在我們知道，進(jìn)程在接收到信號(hào)后并不是立刻處理的，而是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，那這個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)候到底是什么時(shí)候呢？

• 從內(nèi)核態(tài)返回用戶態(tài)的時(shí)候信號(hào)遞達(dá)。

信號(hào)只是處理的話非常簡單，就是在執(zhí)行默認(rèn)的處理方式或者自定義方式，再或者是忽略，最重要的是信號(hào)處理的時(shí)機(jī)，也就是信號(hào)的捕獲。

??捕捉信號(hào)

首先來看什么是內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)：

• 用戶為了訪問內(nèi)核或者硬件資源，必須通過系統(tǒng)調(diào)用才能完成訪問。

• 用戶態(tài)：正在執(zhí)行用戶層的代碼，此時(shí)CPU的狀態(tài)是用戶態(tài)。
• 內(nèi)核態(tài)：正在通過系統(tǒng)調(diào)用訪問內(nèi)核或者硬件資源時(shí)，此時(shí)CPU的狀態(tài)是內(nèi)核態(tài)。

雖然系統(tǒng)調(diào)用是在我們的代碼中寫的，也就是用戶在使用，但是具體的執(zhí)行者是內(nèi)核，也就是操作系統(tǒng)。

現(xiàn)在是知道了什么是用戶態(tài)，什么是內(nèi)核態(tài)，但是操作系統(tǒng)是怎么知道當(dāng)前進(jìn)程的身份狀態(tài)的呢？

CPU中的寄存器雖然只有一套，但是有很多，有可見寄存器，如eax，ebx等等，還有很多的不可見寄存器，凡是和當(dāng)前進(jìn)程強(qiáng)相關(guān)的，都屬于當(dāng)前進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)。

如上圖中：

• 有專門用來存放當(dāng)前進(jìn)程PCB指針的寄存器。
• 也有專門存放當(dāng)前進(jìn)程頁表指針的寄存器。

• CR3寄存器：專門用來表征當(dāng)前進(jìn)程的運(yùn)行級(jí)別的。
  0：表示內(nèi)核態(tài)，此時(shí)訪問的是內(nèi)核資源或者硬件。
  3：表示用戶態(tài)，此時(shí)執(zhí)行的是用戶層的代碼。

操作系統(tǒng)是一個(gè)進(jìn)行軟硬件資源管理的軟件，它很容易就可以獲取到CPU中CR3寄存器中是0還是3，從而知道當(dāng)前是用戶態(tài)還是內(nèi)核態(tài)。

執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，執(zhí)行者是操作系統(tǒng)，而不是用戶。那么又存在一個(gè)問題，一個(gè)進(jìn)程是怎么跑到操作系統(tǒng)中執(zhí)行代碼的呢？

對(duì)進(jìn)程地址空間進(jìn)行一個(gè)補(bǔ)充介紹：

• 我們之前一直所說的頁表都是用戶級(jí)頁表，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)。
  進(jìn)程地址空間的大小一共有4GB，我們之前談?wù)摰闹挥?~3GB，這3GB的空間屬于用戶空間，用來存放用戶的代碼，數(shù)據(jù)等。為了保證進(jìn)程的獨(dú)立性，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)進(jìn)程地址空間，都有一個(gè)用戶級(jí)頁表。
• 還有一共內(nèi)核級(jí)頁表，所有進(jìn)程共用一份。
  進(jìn)程地址空間中的3~4GB空間，是不允許用戶訪問的，因?yàn)檫@1GB空間中的數(shù)據(jù)等，通過內(nèi)核級(jí)頁表和內(nèi)存中的操作系統(tǒng)相映射，屬于內(nèi)核級(jí)別的。因?yàn)閮?nèi)存中只存在一份內(nèi)核，所以所有進(jìn)程的虛擬地址空間的這1GB空間都通過同一份內(nèi)核級(jí)頁表和內(nèi)存中的內(nèi)核相映射。

• 每一個(gè)進(jìn)程地址空間中的3~4GB的內(nèi)容都是一樣的，因?yàn)樗鼈兌纪ㄟ^同一個(gè)內(nèi)核級(jí)頁表和內(nèi)存中的內(nèi)核相映射。

還記得動(dòng)態(tài)鏈接嗎？通過代碼段的位置無關(guān)碼跳轉(zhuǎn)到共享區(qū)從內(nèi)存中映射過來的動(dòng)態(tài)庫來執(zhí)行相應(yīng)的方法。系統(tǒng)調(diào)用和它的原理一樣：

• 當(dāng)執(zhí)行到代碼段中的系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，會(huì)在跳轉(zhuǎn)到當(dāng)前進(jìn)程虛擬地址空間中的內(nèi)核空間中。
• 系統(tǒng)調(diào)用的具體實(shí)現(xiàn)都放在這1GB的內(nèi)核空間中。
• 然后根據(jù)內(nèi)核級(jí)頁表和內(nèi)存中內(nèi)核的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)內(nèi)核的訪問。

此時(shí)又有一個(gè)問題，為什么我們的代碼中不能訪問這3~4GB的空間，而系統(tǒng)調(diào)用就跳轉(zhuǎn)到這1GB的內(nèi)核空間中進(jìn)行訪問了呢？我們都是用戶的代碼啊？

• 因?yàn)閺拇a段跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核空間中后，CPU中的CR3寄存器從3變成了0。
• 意味著進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別從用戶態(tài)變成了內(nèi)核態(tài)，也就是執(zhí)行者從用戶變成了操作系統(tǒng)，所以可以對(duì)這1GB的內(nèi)核空間進(jìn)行訪問。

• 系統(tǒng)調(diào)用接口的起始位置，會(huì)將CR3寄存器中的數(shù)據(jù)從3變成0，完成從用戶態(tài)向內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)變。

所以說，系統(tǒng)調(diào)用前一部分是由用戶在執(zhí)行，其余部分由操作系執(zhí)行。

此時(shí)再來理解信號(hào)處理的時(shí)機(jī)—從內(nèi)核態(tài)返回到用戶態(tài)，這句話的含義：

• 必然曾經(jīng)進(jìn)入到了內(nèi)核態(tài)，而進(jìn)入內(nèi)核態(tài)的方式很多，比如進(jìn)程切換，只有操作系統(tǒng)才有權(quán)力將進(jìn)程從CPU上剝離下來換上另一個(gè)進(jìn)程。還有系統(tǒng)調(diào)用，等等方式。

以我們最熟悉的系統(tǒng)調(diào)用為例：

以黑色長線為界，上面是用戶態(tài)，下面是內(nèi)核態(tài)。

• 當(dāng)執(zhí)行到用戶代碼段中的系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，會(huì)跳轉(zhuǎn)掉虛擬地址空間中的內(nèi)核空間去執(zhí)行具體的方法，此時(shí)從用戶態(tài)變成了內(nèi)核態(tài)。
• 當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用被操作系統(tǒng)執(zhí)行完畢以后，在返回之前(來一趟挺不容易的)，操作系統(tǒng)會(huì)檢測task_struct中block位圖，pending位圖，然后再根據(jù)handler中的處理方式去處理相應(yīng)的信號(hào)。
• 如是自定義處理方式，操作系統(tǒng)會(huì)拿著handler表中的函數(shù)地址，通過特定的系統(tǒng)調(diào)用去執(zhí)行用戶自定義的處理方式，此時(shí)從內(nèi)核態(tài)變成了用戶態(tài)。
• 在執(zhí)行完自定義處理方式以后，再次回到內(nèi)核中取系統(tǒng)調(diào)用得到的數(shù)據(jù)，此時(shí)再次從用戶態(tài)變成了內(nèi)核態(tài)。
• 拿上要取的數(shù)據(jù)以后，通過特定的系統(tǒng)調(diào)用返回到用戶代碼中系統(tǒng)調(diào)用的位置，再次從內(nèi)核態(tài)變成了用戶態(tài)。

上面過程的偽代碼形式：

• 涉及到的系統(tǒng)調(diào)用無需詳細(xì)了解，只需要知道是通過系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)的即可。

上面過程中存在一個(gè)問題，在執(zhí)行自定義處理方式的時(shí)候，為什么必須從內(nèi)核態(tài)切換成用戶態(tài)去執(zhí)行用戶定義的處理方式呢？不能直接以內(nèi)核態(tài)的身份去執(zhí)行嗎？

• 不可以。理論上是絕對(duì)可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閮?nèi)核態(tài)比用戶態(tài)高，高級(jí)別去處理低級(jí)別肯定是可以的。
• 但是操作系統(tǒng)不相信任何人，如果自定義處理方式中有用戶的惡意代碼，而此時(shí)又以操作系統(tǒng)身份去執(zhí)行，那么就會(huì)導(dǎo)致問題。
• 所以必須得切換到用戶身份去執(zhí)行自定義處理方式才能保證系統(tǒng)的安全。

兩個(gè)獨(dú)立的流程：

此時(shí)就存在了兩個(gè)流程，一個(gè)是main函數(shù)所在的執(zhí)行流程，一個(gè)是自定義處理方式的執(zhí)行流程：

• 在執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)用后不是恢復(fù)main函數(shù)的上下文進(jìn)行執(zhí)行，而是執(zhí)行用戶自定義的處理方式。
• 自定義處理方式函數(shù)和main函數(shù)使用不同的堆棧空間，并且不存在調(diào)用和被調(diào)用的關(guān)系，是兩個(gè)獨(dú)立的控制流程。

• 上面整個(gè)過程可以看成一個(gè)無窮大符號(hào)加一條線，線的上邊是用戶態(tài)，下邊是內(nèi)核態(tài)。
• 每經(jīng)過一次黑線就會(huì)發(fā)生一次身份狀態(tài)的改變，一共改變了四次。

上面這種自定義處理方式是最復(fù)雜的情況，如果是SIG_DFL(默認(rèn)處理方式)和SIG_IGN(忽略方式)，以內(nèi)核態(tài)身份就可以處理，然后就可以直接返回到用戶代碼中系統(tǒng)調(diào)用的位置，少了兩次身份的轉(zhuǎn)變。

• 因?yàn)槟J(rèn)方式和忽略方式是被寫入到操作系統(tǒng)中的，被操作系統(tǒng)所信任的方式。

• 默認(rèn)處理方式：所有信號(hào)的默認(rèn)處理方式都是結(jié)束進(jìn)程，只是不同信號(hào)表示不同的異常。
• 忽略處理方式：忽略和阻塞不一樣，忽略也是一種處理方式，它僅僅是將task_struct中的pending位圖中對(duì)應(yīng)信號(hào)的比特位清空，然后就直接返回到用戶態(tài)了。

??系統(tǒng)調(diào)用sigaction():

• int signum：信號(hào)編號(hào)。
• act：這是一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量，結(jié)構(gòu)體中包括多個(gè)屬性，sa_handler賦值自定義處理方式，暫時(shí)將sa_flags都設(shè)為0，其他暫時(shí)不用管。
• oldact：是一個(gè)輸出型的結(jié)構(gòu)體變量，將原本的捕捉方式放入這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量中。
• 返回值：成功返回0，失敗返回-1。

• 將自定義處理方式賦值給結(jié)構(gòu)體變量act中的sa_handler。
• 使用系統(tǒng)調(diào)用sigaction注冊(cè)自定義處理方式。
• 在自定義處理函數(shù)中，打印捕捉到的信號(hào)編號(hào)，然后進(jìn)行10s種延時(shí)。

在進(jìn)程開始運(yùn)行后，我們?cè)?0s內(nèi)發(fā)送了很多次2號(hào)信號(hào)，但是最終只捕獲了兩次。

• 當(dāng)遞達(dá)第一個(gè)2號(hào)信號(hào)的時(shí)候，同類型的信號(hào)無法被遞達(dá)。
• 因當(dāng)前信號(hào)在被捕捉的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將當(dāng)前信號(hào)加入到進(jìn)程的信號(hào)屏蔽字，也就是將block對(duì)應(yīng)的比特位置位，然后將pending表對(duì)應(yīng)比特位清空，再去進(jìn)行遞達(dá)。
• 但是第二個(gè)2號(hào)信號(hào)在第一個(gè)信號(hào)被捕捉的時(shí)候會(huì)將對(duì)應(yīng)pending位圖的比特位置位。
• 所以當(dāng)?shù)谝粋€(gè)2號(hào)信號(hào)處理完畢以后，解除對(duì)2號(hào)信號(hào)的屏蔽后，第二個(gè)2號(hào)信號(hào)就會(huì)被遞達(dá)。
• 除了這兩個(gè)2號(hào)信號(hào)，其余的2號(hào)信號(hào)都被舍棄了。

注意： 進(jìn)程處理信號(hào)的原則是串行的處理同類型的信號(hào)，不允許遞歸，所以同類型的多個(gè)信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生，最多可以處理兩個(gè)。

上面內(nèi)容，系統(tǒng)調(diào)用signal也可以實(shí)現(xiàn)，那么sigaction相對(duì)于signal有什么優(yōu)勢呢？

剛剛代碼中，由于在2號(hào)信號(hào)的自定義處理中沒有結(jié)束進(jìn)程，所以只能用其他信號(hào)來結(jié)束這個(gè)進(jìn)程，如上圖中使用的是3號(hào)信號(hào)。

• 如果想要在捕獲2號(hào)信號(hào)以后，將3號(hào)信號(hào)也屏蔽了呢？
• 此時(shí)就需要設(shè)置結(jié)構(gòu)體變量act中的sa_mask成員。

還是使用上面的代碼，只是在act結(jié)構(gòu)體變量中sa_mask成員中增加了3號(hào)信號(hào)，并且給3號(hào)信號(hào)注冊(cè)了自定義處理方式。

在10s內(nèi)，多次發(fā)送2號(hào)和3號(hào)信號(hào)。

• 當(dāng)?shù)谝淮?號(hào)信號(hào)被捕獲后，第二個(gè)2號(hào)信號(hào)雖然被阻塞了，但是它還是讓pending位圖置位了。
• 當(dāng)?shù)谝淮?號(hào)信號(hào)被遞達(dá)完成后，就會(huì)遞達(dá)第二個(gè)2號(hào)信號(hào)。
• 當(dāng)?shù)诙?號(hào)信號(hào)被遞達(dá)完成后，2號(hào)信號(hào)的pending位圖的比特位是0，所以才遞達(dá)3號(hào)信號(hào)。
• 雖然在捕獲2號(hào)信號(hào)的同時(shí)會(huì)阻塞3號(hào)信號(hào)，但是3號(hào)的pending位圖的比特位仍然被置位了。

在第一個(gè)2號(hào)信號(hào)被捕獲的時(shí)候，同時(shí)阻塞了第二個(gè)2號(hào)信號(hào)和3號(hào)信號(hào)，此時(shí)pending位圖的第二個(gè)和第三個(gè)比特位都是1，但是當(dāng)?shù)谝粋€(gè)2號(hào)信號(hào)遞達(dá)完成后，先處理的是第二個(gè)2號(hào)信號(hào)而不是3號(hào)信號(hào)。

• 一般一個(gè)信號(hào)被解除屏蔽的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)遞達(dá)這個(gè)信號(hào)，如果該信號(hào)pending位圖的比特位是1的話就會(huì)遞達(dá)，是0的話就不做任何處理。

??不可重入函數(shù)

如上圖所示鏈表，在插入節(jié)點(diǎn)的時(shí)候捕獲到了信號(hào)，并且該信號(hào)的自定義處理方式中也調(diào)用了插入節(jié)點(diǎn)的函數(shù)。

• 在main函數(shù)中，使用insert向鏈表中插入一個(gè)節(jié)點(diǎn)node1，在執(zhí)行insert的時(shí)，剛讓頭節(jié)點(diǎn)指向node1以后(如上圖序號(hào)1)，捕獲到了信號(hào)，進(jìn)入到了該信號(hào)的自定義處理方式中。
• 在自定義處理方式中，同樣調(diào)用了insert函數(shù)向鏈表中插入一個(gè)節(jié)點(diǎn)node2，此時(shí)完整的執(zhí)行了insert函數(shù)，但是在頭節(jié)點(diǎn)和最開始那個(gè)節(jié)點(diǎn)之間同時(shí)有了node1和node2(如上圖序號(hào)2和3)。
• 當(dāng)?shù)诙握{(diào)用insert中讓頭節(jié)點(diǎn)指向node2后(如上圖序號(hào)3)，流程返回到信號(hào)的自定義處理函數(shù)中，然后再返回到第一次調(diào)用insert處，頭節(jié)點(diǎn)指向node1(如上圖序號(hào)4)。
• 最后可以看到，該鏈表是丟了一個(gè)節(jié)點(diǎn)的。

• 重入：像insert函數(shù)這樣，在main流程中調(diào)用還沒有返回時(shí)就再次被handler流程調(diào)用再次進(jìn)入該函數(shù)。

insert函數(shù)訪問的是一個(gè)全局鏈表，有可能會(huì)因?yàn)橹厝牒驮斐慑e(cuò)亂，像insert這樣的函數(shù)就稱為不可重入函數(shù)。

如果一個(gè)函數(shù)只訪問自己的局部變量或參數(shù)，則不會(huì)造成錯(cuò)亂，此時(shí)這樣的函數(shù)就稱為可重入函數(shù)。

注意： 可/不可重入是函數(shù)的特性，是中性的，并不是問題，所以也不需要被解決。

我們目前使用的大部分結(jié)構(gòu)都是不可以重入函數(shù)?。?！。

符合以下條件之一的就是不可重入函數(shù)：

• 調(diào)用了malloc或者free，因?yàn)閙alloc也是用全局鏈表來管理堆的。
• 調(diào)用了標(biāo)準(zhǔn)I/O庫函數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)I/O庫的很多實(shí)現(xiàn)都以不可重入的方式使用全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

??volatile關(guān)鍵字

int quit = 0;

void handler(int signo)
{
    printf("pid:%d,捕捉到的信號(hào)編號(hào)是:%d\n",getpid(),signo);
    printf("quid:%d",quit);
    quit = 1;
    printf("->%d\n",quit);
}
int main()
{
    signal(2,handler);
    while(!quit);
    printf("pid:%d,我是正常退出的\n",getpid());
    return 0;
}

定義全局變量quit，當(dāng)quit是0的時(shí)候，一直進(jìn)行while循環(huán)，當(dāng)quit變成1的時(shí)候，結(jié)束循環(huán)，進(jìn)程正常退出。
信號(hào)2注冊(cè)自定義處理方式，在函數(shù)中將全局變量改成1，讓main函數(shù)控制的流程正常結(jié)束。

在接收到2號(hào)信號(hào)后，quit從0變成1，所以main流程也正常結(jié)束了，不再循環(huán)。

我們的編譯器會(huì)進(jìn)行很多的優(yōu)化，比如debug版本和relase版本中的assert就會(huì)被優(yōu)化。在使用g++編譯器的時(shí)候，可以指定g++的優(yōu)化級(jí)別。

g++ -o $@ $^ -O3

指定使用級(jí)別為3的編譯器優(yōu)化選項(xiàng)。

仍然是上面代碼，運(yùn)行起來后，發(fā)送2號(hào)信號(hào)，quit是從0變成了1，但是進(jìn)程并沒有結(jié)束，還是在運(yùn)行，再次發(fā)送2號(hào)信號(hào)，quit從1變成1，進(jìn)程還在繼續(xù)。

• 此時(shí)可以肯定quit被改成了1，但是while(!quit)還是在循環(huán)，沒有停下來。

上訴現(xiàn)象的原因是什么？肯定是和優(yōu)化有關(guān)，因?yàn)槲覀兗恿?O3選項(xiàng)。

• quit在物理內(nèi)存中一定有一塊空間，最開始是0。
• 當(dāng)CPU指向while(!quit)；指令的時(shí)候，會(huì)通過虛擬地址和頁表的映射將物理內(nèi)存中的quit數(shù)據(jù)取到CPU的寄存器中。
• 當(dāng)quit被修改后，物理空間中的數(shù)據(jù)就會(huì)從0變成1。

在沒有優(yōu)化前，CPU每次都是從物理內(nèi)存中拿到quit的數(shù)據(jù)，再去指向while循環(huán)，所以當(dāng)quit從0變成1后，CPU中寄存器的數(shù)據(jù)也會(huì)及時(shí)從0變成1，所以while循環(huán)會(huì)停下來。

但是采用優(yōu)化方案后：

• 在main控制的執(zhí)行流中，quit沒有進(jìn)行修改，也沒有寫入，只是被讀取，所以在第一次將從物理空間讀取到寄存器中便不再讀取了，每次執(zhí)行while時(shí)候都是使用的寄存器中的quit值，所以始終都是0。
• 在handler執(zhí)行流中，對(duì)quit進(jìn)行了修改，所以物理內(nèi)存中的quit從0變成了1。

導(dǎo)致上面現(xiàn)象的原因就是CPU執(zhí)行while時(shí)的quit和物理內(nèi)存中的quit不是一個(gè)值。

• 為了讓CPU的寄存器每次都從物理內(nèi)存中取數(shù)據(jù)，使用volatile關(guān)鍵字來修飾這個(gè)quit變量。

可以看到，此時(shí)在handler的執(zhí)行流中修改了quit值，并且CPU中該值也得到了及時(shí)更新，所以程序可以正常結(jié)束。

??SIGCHLD信號(hào)

在學(xué)習(xí)進(jìn)程控制的時(shí)候，使用wait和waitpid系統(tǒng)調(diào)用何以回收僵尸進(jìn)程，父進(jìn)程可以阻塞等待，也可以非阻塞等待，采用輪詢的方式不停查詢子進(jìn)程是否退出。

• 采用阻塞式等待，父進(jìn)程就被阻塞了，什么都干不了，只能等子進(jìn)程退出。
• 采用非阻塞式等待，父進(jìn)程在干自己事的同時(shí)還要時(shí)不時(shí)的輪詢一下，程序?qū)崿F(xiàn)比較復(fù)雜。

實(shí)際上，子進(jìn)程的退出并不是悄無聲息的，在子進(jìn)程退出時(shí)，會(huì)發(fā)出SIGCHLD信號(hào)給父進(jìn)程。

給SIGCHLD信號(hào)注冊(cè)自定義處理方式，打印捕捉到的信號(hào)編號(hào)。父進(jìn)程創(chuàng)建處子進(jìn)程后，子進(jìn)程在5次循環(huán)后退出，父進(jìn)程始終循環(huán)。

可以看到，子進(jìn)程在退出時(shí)，發(fā)出了編號(hào)為17的SIGCHLD信號(hào)，被父進(jìn)程捕捉到了。

• 我們就可以通過在17號(hào)信號(hào)的自定義處理函數(shù)中進(jìn)行進(jìn)程等待來回收子進(jìn)程。
• 采用這種方式時(shí)，main執(zhí)行流中的父子進(jìn)程都不會(huì)收到影響，當(dāng)子進(jìn)程退出時(shí)，handler執(zhí)行流進(jìn)行進(jìn)程等待，回收子進(jìn)程資源。

waitpid的第一個(gè)參數(shù)可以填-1，此時(shí)只要是該父進(jìn)程的子進(jìn)程退出就會(huì)被回收。

在17號(hào)信號(hào)的自定義處理函數(shù)中，循環(huán)回收所有子進(jìn)程，只要是子進(jìn)程都會(huì)被循環(huán)回收。

可以看到，父進(jìn)程既回收了退出的子進(jìn)程，而且還不影響父進(jìn)程干自己的事，因?yàn)榛厥展ぷ魇窃赟IGCHLD信號(hào)的自定義處理函數(shù)中進(jìn)行的。

SIGCHLD信號(hào)的默認(rèn)處理方式是Ign，也就是忽略的意思。

• 當(dāng)子進(jìn)程退出后，父進(jìn)程什么都沒有干，子進(jìn)程就會(huì)變成僵尸狀態(tài)。

• 當(dāng)顯式SIGCHLD信號(hào)使用忽略方式(SIG_IGN)時(shí)，退出的子進(jìn)程就會(huì)被自動(dòng)回收。

• 雖然SIGCHLD默認(rèn)的處理方式就是忽略，但是默認(rèn)的忽略不會(huì)回收子進(jìn)程，只有顯式注冊(cè)為SIG_IGN(忽略)方式才會(huì)自動(dòng)回收退出的子進(jìn)程。

??總結(jié)

至此，加上上一篇文章，信號(hào)的整個(gè)生命周期都介紹完了，重點(diǎn)在于新的產(chǎn)生，信號(hào)保存，以及信號(hào)捕捉上面，其它衍生的知識(shí)了解即可。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-413339.html

到了這里，關(guān)于【Linux學(xué)習(xí)】信號(hào)——信號(hào)保存 | 信號(hào)處理 | 不可重入函數(shù),volatile,SIGCHLD信號(hào)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！