被愛(ài)情困住的是傻子

一、信號(hào)的預(yù)備知識(shí)

1.通過(guò)生活例子來(lái)理解信號(hào)

1.
關(guān)于信號(hào)這個(gè)話(huà)題我們其實(shí)并不陌生，早在以前的時(shí)候，我們想要?dú)⑺滥硞€(gè)后臺(tái)進(jìn)程的時(shí)候，無(wú)法通過(guò)ctrl+c熱鍵終止進(jìn)程時(shí)，我們就會(huì)通過(guò)kill -9的命令來(lái)殺死信號(hào)。
查看信號(hào)也比較簡(jiǎn)單，通過(guò)kill -l命令就可以查看信號(hào)的種類(lèi)，雖然最大的信號(hào)編號(hào)是64，但實(shí)際上所有信號(hào)只有62個(gè)信號(hào)，1-31是普通信號(hào)，34-64是實(shí)時(shí)信號(hào)，這篇博文不對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)做討論，只討論普通信號(hào)，感興趣的老鐵可以自己下去研究一下。

2.
在生活中不乏關(guān)于信號(hào)的場(chǎng)景，比如紅綠燈，鬧鐘，手機(jī)消息提示音，上課的鈴聲，田徑場(chǎng)起跑的槍聲等等，那么信號(hào)從產(chǎn)生到被處理的具體過(guò)程是怎么樣的呢？
我們拿紅綠燈來(lái)舉例子，首先我們能夠認(rèn)識(shí)紅綠燈其實(shí)是因?yàn)橛腥私逃^(guò)我們，我們的大腦中有紅燈停綠燈行的意識(shí)，其次如果我們站在馬路對(duì)面，現(xiàn)在已經(jīng)綠燈亮起了，我們可以選擇忽略這件事，也可以選擇先不管他，我現(xiàn)在正打王者呢，綠燈亮不亮和我沒(méi)關(guān)系，我都被推到高地了，此時(shí)由于我們有著更重要的事情要去做，所以我們先把處理紅綠燈信號(hào)這件事放在腦后了，也就是他的優(yōu)先級(jí)比較低，等會(huì)兒再說(shuō)紅綠燈的事情，但我們的腦海中是有紅綠燈這回事的，這個(gè)信號(hào)被保存在了我們的腦海里，等我們王者打完之后，我們想起來(lái)原來(lái)紅綠燈亮了啊，此時(shí)我們忙完別的事之后，我們要進(jìn)行過(guò)馬路了，也就是處理紅綠燈信號(hào)，處理時(shí)我們也可以分為三種處理行為，一般情況下的默認(rèn)行為就是大家都綠燈過(guò)馬路了，那我也跟著過(guò)馬路吧，另一種行為就是忽略，我們處理紅綠燈信號(hào)這件事了嗎？處理了，我們選擇忽略這件事，繼續(xù)開(kāi)下一把排位賽，這也是我們的處理行為。最后一種就是自定義行為，假設(shè)你的媽媽從小告訴你在綠燈亮的時(shí)候，你要先在馬路邊跳一段舞，然后在過(guò)馬路，所以當(dāng)別人綠燈亮的時(shí)候，其他人的默認(rèn)行為就是直接過(guò)馬路，你先來(lái)旁邊跳起來(lái)了，這就是自定義行為。
所以在信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)被遞達(dá)處理之間，還有一個(gè)時(shí)間窗口，這個(gè)時(shí)間窗口其實(shí)就是用來(lái)保存信號(hào)，因?yàn)槲耶?dāng)前正在做別的事情呢，處理紅綠燈什么的等會(huì)兒再說(shuō)，等我忙完的。忙完之后，在進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，我們的行為可以選擇默認(rèn)或忽略或自定義等行為。
從我們暫時(shí)不處理信號(hào)，把這件事先排到后面來(lái)看，其實(shí)可以看出，信號(hào)的產(chǎn)生和我們當(dāng)前做的事情是異步的，也就是說(shuō)，兩者相當(dāng)于兩個(gè)執(zhí)行流，互相是不影響的，信號(hào)該發(fā)送就發(fā)送，我該做啥事就做啥事，等我做完之后再去處理你這個(gè)信號(hào)。

2.遷移到進(jìn)程上來(lái)理解信號(hào)

1.
如果將這樣的生活例子遷移到進(jìn)程上呢？其實(shí)道理是類(lèi)似的。
進(jìn)程為什么能夠認(rèn)識(shí)信號(hào)呢？其實(shí)是由于編寫(xiě)系統(tǒng)代碼的程序員所規(guī)定的，程序員讓進(jìn)程能夠?qū)Σ煌男盘?hào)產(chǎn)生不同的響應(yīng)。進(jìn)程本質(zhì)上就是程序員所寫(xiě)的屬性和邏輯的集合，信號(hào)的含義都是程序員所賦予的，而且進(jìn)程這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也是程序員所建立出來(lái)的，所以進(jìn)程能夠認(rèn)識(shí)信號(hào)，本質(zhì)上就是程序員告訴他的。
信號(hào)是發(fā)送給進(jìn)程的，那么進(jìn)程能不能先不處理這個(gè)信號(hào)呢？比如當(dāng)前進(jìn)程正在處理別的信號(hào)，或者進(jìn)程此時(shí)被掛起了并未處于運(yùn)行狀態(tài)，那么如果這個(gè)時(shí)候操作系統(tǒng)給進(jìn)程發(fā)送信號(hào)呢？進(jìn)程都不運(yùn)行了，還處理啥信號(hào)?。恐T如以上這樣的情況，進(jìn)程都不會(huì)立即處理該信號(hào)，那么在到信號(hào)被遞達(dá)處理之前這段時(shí)間窗口，信號(hào)就會(huì)被保存起來(lái)，等到進(jìn)程在合適的時(shí)候去遞達(dá)處理該信號(hào)。所以，進(jìn)程當(dāng)前正在做的事情和處理信號(hào)這件事依舊是異步的。
當(dāng)進(jìn)程已經(jīng)到了合適的時(shí)候，進(jìn)程會(huì)去處理這個(gè)信號(hào)，處理的行為也是三種，默認(rèn)，忽略，自定義，大概有60%的信號(hào)的默認(rèn)處理動(dòng)作都是Term終止進(jìn)程。進(jìn)程處理信號(hào)這個(gè)動(dòng)作，有專(zhuān)業(yè)的名詞叫信號(hào)捕捉或者是信號(hào)遞達(dá)。

2.
在有了上面的認(rèn)識(shí)之后，我們可以用現(xiàn)有的知識(shí)推導(dǎo)出一些結(jié)論。
我們知道信號(hào)是發(fā)送給進(jìn)程的，如果進(jìn)程當(dāng)前并不處理這個(gè)信號(hào)，那么信號(hào)就需要被保存，以便于將來(lái)在合適的時(shí)候處理該信號(hào)，那么這個(gè)信號(hào)應(yīng)該被保存在哪里呢？其實(shí)應(yīng)該被保存在PCB struct task_struct{}里面，進(jìn)程收到了哪些信號(hào)，進(jìn)程要對(duì)信號(hào)做怎樣的處理，這些信息都屬于進(jìn)程的信息，那么這些信息就理應(yīng)被保存在PCB里面。
話(huà)又說(shuō)回來(lái)，既然信號(hào)需要被保存，那么信號(hào)應(yīng)該被保存在哪里呢？其實(shí)在PCB里面有對(duì)應(yīng)的信號(hào)位圖，操作系統(tǒng)用信號(hào)位圖來(lái)保存信號(hào)的，31個(gè)普通信號(hào)，我們可以選擇用32個(gè)比特位的unsigned int signal整數(shù)來(lái)進(jìn)行保存。比特位的編號(hào)代表信號(hào)的編號(hào)，比特位的0或1代表進(jìn)程是否接收到該信號(hào)。

3.
那么信號(hào)發(fā)送其實(shí)就好理解了，所謂的信號(hào)發(fā)送實(shí)質(zhì)上就是修改PCB種對(duì)應(yīng)的信號(hào)位圖結(jié)構(gòu)，將對(duì)應(yīng)的比特位編號(hào)由0置1，這樣就完成了進(jìn)程對(duì)于信號(hào)的接收了。
另一方面，PCB是內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，修改位圖其實(shí)就是修改內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，想要訪(fǎng)問(wèn)硬件或內(nèi)核系統(tǒng)資源，則一定繞不開(kāi)操作系統(tǒng)，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是軟硬件資源的管理者，那么修改位圖這件事也一定繞不開(kāi)操作系統(tǒng)，而操作系統(tǒng)為了保證自身和他管理的成員的安全性，所以他必須提供系統(tǒng)調(diào)用接口，讓用戶(hù)按照操作系統(tǒng)的意愿來(lái)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源或硬件，不能隨意的想怎么訪(fǎng)問(wèn)就怎么訪(fǎng)問(wèn)。所以如果我們作為用戶(hù)想要向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，那么就一定得通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用接口來(lái)完成這樣的工作，所以我們以前所用到的kill指令，其底層一定需要調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用接口。

二、信號(hào)的發(fā)送（修改PCB的信號(hào)位圖）

1.通過(guò)鍵盤(pán)發(fā)送信號(hào)（kill指令 和 熱鍵）

1.
最常用的發(fā)送信號(hào)方式就是一個(gè)熱鍵ctrl+c，這個(gè)組合鍵其實(shí)會(huì)被操作系統(tǒng)解釋成2號(hào)信號(hào)SIGINT，通過(guò)man 7 signal就可以查看到對(duì)應(yīng)的信號(hào)和其默認(rèn)處理行為等等信息。
我們并未對(duì)2號(hào)信號(hào)做任何特殊處理，所以進(jìn)程處理2號(hào)信號(hào)的默認(rèn)動(dòng)作就是Term，也就是終止進(jìn)程。平常在我們終止前臺(tái)進(jìn)程的時(shí)候，大家的第一感受就是只要我們按下組合鍵ctrl+c，進(jìn)程就會(huì)被立馬終止，所以我們感覺(jué)進(jìn)程應(yīng)該是立馬處理了我們發(fā)送的信號(hào)啊，怎么能是待會(huì)兒處理這個(gè)信號(hào)呢？值得注意的是，我們的感官靈敏度和CPU的靈敏度是不在同一個(gè)level的，我們直覺(jué)感受到進(jìn)程是立馬處理該信號(hào)的，但其實(shí)很大可能進(jìn)程等待了幾十毫秒或幾百毫秒，而這個(gè)過(guò)程我們是無(wú)法感受到的，但事實(shí)就是如此，進(jìn)程需要保存信號(hào)等待合適的時(shí)候再去處理信號(hào)。

2.
下面介紹一個(gè)接口叫做signal，它可以用來(lái)捕捉對(duì)應(yīng)的信號(hào)，讓進(jìn)程在遞達(dá)處理信號(hào)時(shí)不再遵循默認(rèn)動(dòng)作，而是按照我們所設(shè)定的方法函數(shù)進(jìn)行遞達(dá)處理，這個(gè)自定義的方法函數(shù)就是handler，signal的第二個(gè)參數(shù)其實(shí)就是接收返回值為void參數(shù)為int的函數(shù)的函數(shù)指針，所以在使用handler時(shí)我們需要傳信號(hào)編號(hào)和處理該信號(hào)編號(hào)時(shí)所遵循的自定義方法的函數(shù)名即可。
signal函數(shù)的返回值我們一般不關(guān)注，signal函數(shù)調(diào)用成功時(shí)返回handler方法的函數(shù)指針，調(diào)用失敗則返回SIG_ERR宏。

SIG_ERR宏其實(shí)就是-1整型被強(qiáng)轉(zhuǎn)成函數(shù)指針類(lèi)型，其余的兩個(gè)宏可以作為參數(shù)傳到signal的第二個(gè)參數(shù)，分別代表當(dāng)進(jìn)程收到對(duì)應(yīng)的signo信號(hào)時(shí)的處理行為，SIG_DFL是默認(rèn)行為，比如進(jìn)程的默認(rèn)行為是終止進(jìn)程，但我們將其處理行為改為了忽略，但此時(shí)又想將行為改回默認(rèn)行為，此時(shí)就可以用SIG_DFL這個(gè)宏。SIG_IGN是忽略行為，如果此時(shí)進(jìn)程對(duì)于signo的處理行為是終止，那我們可以手動(dòng)將其處理行為改成SIG_IGN忽略，也就是什么都不做，惰性的將對(duì)應(yīng)的信號(hào)位圖中的比特位再由1置為0，然后什么都不干，這就是忽略行為。

3.
通過(guò)代碼運(yùn)行結(jié)果可以看出，當(dāng)我們向進(jìn)程發(fā)送2號(hào)信號(hào)時(shí)，進(jìn)程此時(shí)不會(huì)再被終止了，而是打印出了一條信息"進(jìn)程捕捉到了一個(gè)信號(hào)編號(hào)是2的信號(hào)"，此時(shí)進(jìn)程處理2號(hào)信號(hào)的行為就變成了自定義行為，去執(zhí)行我們自己設(shè)定的handler方法。
那我們是不是就無(wú)法通過(guò)向進(jìn)程發(fā)送2號(hào)信號(hào)來(lái)殺死進(jìn)程了呢？答案是 是的，但我們還有其他的手段，通過(guò)kill -9指令可以殺死進(jìn)程。假設(shè)我們把所有的信號(hào)都捕捉了，并且捕捉后的處理行為也不終止這個(gè)進(jìn)程，那么是不是這個(gè)進(jìn)程就金剛不壞，哪個(gè)信號(hào)都沒(méi)有辦法殺死他呢？答案并不是這樣的，9號(hào)信號(hào)是管理員信號(hào)，是操作系統(tǒng)給自己留的底牌，這個(gè)信號(hào)被規(guī)定為無(wú)法捕捉，所以即使你使用signal捕捉這個(gè)信號(hào)也是沒(méi)有用的，操作系統(tǒng)必須保證自己有能夠殺死終止任意一個(gè)進(jìn)程的能力，這個(gè)能力就是通過(guò)9號(hào)信號(hào)來(lái)達(dá)到的。

4.
實(shí)際上除熱鍵ctrl+c外，還有一個(gè)熱鍵是ctrl+\，這個(gè)組合鍵會(huì)被操作系統(tǒng)解析為3號(hào)信號(hào)SIGQUIT，這個(gè)信號(hào)的默認(rèn)處理行為是Core，除終止進(jìn)程外還會(huì)進(jìn)行核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)，Core于Term有什么不同？這個(gè)話(huà)題放到信號(hào)的遞達(dá)處理部分進(jìn)行講解。

5.
有很多人誤以為只要顯示寫(xiě)了signal函數(shù)，這個(gè)函數(shù)在main執(zhí)行流里面就會(huì)被調(diào)用。這樣的想法完全是錯(cuò)誤的，我們顯示寫(xiě)signal函數(shù)其實(shí)相當(dāng)于注冊(cè)了一個(gè)信號(hào)處理時(shí)的自定義行為，然后這個(gè)自定義行為handler不會(huì)平白無(wú)故被調(diào)用的，只有當(dāng)對(duì)應(yīng)信號(hào)發(fā)送給進(jìn)程時(shí)，這個(gè)handler才會(huì)被調(diào)用，否則這個(gè)函數(shù)是永遠(yuǎn)不會(huì)被調(diào)用的。
你可以把main和handler看作兩個(gè)執(zhí)行流，沒(méi)有信號(hào)時(shí)，只有main一個(gè)執(zhí)行流在執(zhí)行代碼，接收到對(duì)應(yīng)的信號(hào)時(shí)，會(huì)從main執(zhí)行流轉(zhuǎn)移到handler執(zhí)行流，等到handler執(zhí)行流執(zhí)行結(jié)束后，再回到main中剛剛執(zhí)行到的那一行代碼繼續(xù)向下執(zhí)行剩余代碼。

6.
另外補(bǔ)充一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，linux規(guī)定，當(dāng)用戶(hù)在和shell交互時(shí)，默認(rèn)只能有一個(gè)前臺(tái)進(jìn)程，所以當(dāng)我們自己編寫(xiě)的程序運(yùn)行時(shí)，bash進(jìn)程就會(huì)自動(dòng)由前臺(tái)進(jìn)程轉(zhuǎn)換為后臺(tái)進(jìn)程。
除上面的情況外，如果某一個(gè)進(jìn)程由于被發(fā)送19號(hào)信號(hào)SIGSTOP停止后，再被發(fā)送18號(hào)信號(hào)SIGCONT重新繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，這個(gè)進(jìn)程也會(huì)由原來(lái)的前臺(tái)進(jìn)程轉(zhuǎn)換為后臺(tái)進(jìn)程。
對(duì)于前臺(tái)進(jìn)程我們可以用2號(hào)信號(hào)SIGINT進(jìn)行進(jìn)程終止，但后臺(tái)進(jìn)程無(wú)法用SIGINT進(jìn)行進(jìn)程終止，我們可以選擇9號(hào)信號(hào)終止進(jìn)程。

2.通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用發(fā)送信號(hào)（kill系統(tǒng)調(diào)用 和 raise、abort庫(kù)函數(shù)）

1.
其實(shí)除上面那種用組合鍵或者是手動(dòng)的通過(guò)kill指令加信號(hào)編號(hào)的方式給進(jìn)程發(fā)送信號(hào)外，我們還可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用的方式給進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。操作系統(tǒng)有向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)的能力，但是他并沒(méi)有這個(gè)權(quán)力，操作系統(tǒng)的能力是為用戶(hù)提供的，用戶(hù)才有發(fā)送信號(hào)的權(quán)力，操作系統(tǒng)通過(guò)給用戶(hù)提供系統(tǒng)調(diào)用賦予用戶(hù)讓OS向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)的權(quán)力。就像我們將來(lái)可能都會(huì)變成程序員，我們有寫(xiě)代碼的能力，我們的能力是服務(wù)于公司或老板的，讓我們寫(xiě)代碼的權(quán)力來(lái)自于老板。

2.
注意你沒(méi)看錯(cuò)，kill不僅是指令，他還是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，這個(gè)接口用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，參數(shù)分別為進(jìn)程id和信號(hào)編號(hào)，通過(guò)kill系統(tǒng)調(diào)用和命令行參數(shù)的知識(shí)，我們也可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)kill指令，我們規(guī)定運(yùn)行mysignal時(shí)，命令行參數(shù)形式必須為./mysignal pid signo的形式，通過(guò)命令行輸入的信號(hào)編號(hào)和進(jìn)程id，在mysignal可執(zhí)行程序中向id進(jìn)程發(fā)送對(duì)應(yīng)的信號(hào)，這樣的功能不就是kill指令的功能嗎？

3.
有一個(gè)庫(kù)函數(shù)是raise，它可以用來(lái)給自己所在進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，其實(shí)他底層調(diào)用的還是系統(tǒng)調(diào)用kill(pid_t pid, int sig)，這接口沒(méi)啥意思，說(shuō)白了就是變相的用kill系統(tǒng)調(diào)用給自己的進(jìn)程pid發(fā)送指定信號(hào)而已，換湯不換藥。

4.
還有一個(gè)接口是abort，這個(gè)接口就是什么參數(shù)都不用傳，它會(huì)自動(dòng)給異常進(jìn)程發(fā)送信號(hào)SIGABRT，默認(rèn)處理動(dòng)作就是終止該進(jìn)程，abort有中止的意思。這個(gè)接口說(shuō)白了也是變相的使用kill系統(tǒng)調(diào)用給自己進(jìn)程發(fā)送6號(hào)SIGABRT信號(hào)而已，換湯不換藥。

5.
我們上面所說(shuō)的raise和abort都在man 3號(hào)手冊(cè)，這代表他們都是庫(kù)函數(shù)，而kill在2號(hào)手冊(cè)，是純正的系統(tǒng)調(diào)用。但3號(hào)手冊(cè)的庫(kù)函數(shù)可以分為兩類(lèi)，底層封裝了系統(tǒng)調(diào)用的庫(kù)函數(shù)和沒(méi)有封裝系統(tǒng)調(diào)用的庫(kù)函數(shù)，很明顯，raise和abort庫(kù)函數(shù)就是底層封裝了kill系統(tǒng)調(diào)用的庫(kù)函數(shù)。就連kill指令底層其實(shí)也是封裝的kill系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
由此可以看出，想要修改PCB中的信號(hào)位圖，也就是修改內(nèi)核資源，必須通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)完成，而操作系統(tǒng)會(huì)給用戶(hù)提供對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用接口，讓用戶(hù)按照內(nèi)核意愿來(lái)修改內(nèi)核資源。

6.
在上面的內(nèi)容中我們已經(jīng)見(jiàn)到了許多的信號(hào)，比如SIGINT, SIGQUIT, SIGABRT, SGIKILL等，他們?cè)谶f達(dá)處理時(shí)的默認(rèn)動(dòng)作都是終止進(jìn)程，那搞出來(lái)那么多信號(hào)還有什么意義呢？他們的默認(rèn)處理動(dòng)作都是一樣的呀！
信號(hào)的意義并不在于其進(jìn)程遞達(dá)處理信號(hào)的結(jié)果上，而是在于是由于什么原因而產(chǎn)生的信號(hào)，不同的事件會(huì)產(chǎn)生不同的信號(hào)，通過(guò)信號(hào)的不同我們能夠定位出進(jìn)程是由于什么異常而退出的，這能幫助我們快速定位代碼錯(cuò)誤所在。
就像C++的異常一樣，那么多的異常種類(lèi)，在捕獲異常之后，進(jìn)程不都終止了嗎？那還要那么多的異常干什么??？道理不就和信號(hào)類(lèi)似嗎，異常的意義也不在于異常的處理結(jié)果上，而是程序員能夠通過(guò)異常的種類(lèi)代表產(chǎn)生錯(cuò)誤的不同事件來(lái)判定出程序的錯(cuò)誤所在。

3.硬件異常 通知內(nèi)核 向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)

3.1 除0錯(cuò)誤（OS怎么會(huì)知道給當(dāng)前進(jìn)程發(fā)8號(hào)信號(hào)？進(jìn)程只除0一次為什么handler瘋狂被調(diào)用遞達(dá)處理8號(hào)信號(hào)呢？）

1.
除我們主動(dòng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用或通過(guò)鍵盤(pán)發(fā)送指令外，軟件本身其實(shí)也可以自發(fā)的發(fā)送信號(hào)，比如這個(gè)部分所講的硬件異常導(dǎo)致軟件自發(fā)的發(fā)送信號(hào)。
從下面代碼運(yùn)行結(jié)果可以看出，當(dāng)發(fā)生除0錯(cuò)誤之后，代碼運(yùn)行之后，打印出了一條錯(cuò)誤信息Floating point exception然后進(jìn)程就退出了，在通過(guò)kill -l指令查找后，不難確定進(jìn)程其實(shí)是收到了8號(hào)信號(hào)SIGFPE而退出的。
如果想要證明確實(shí)是8號(hào)進(jìn)程導(dǎo)致的進(jìn)程退出，我們可以用signal捕捉一下8號(hào)信號(hào)，然后進(jìn)行自定義處理，看看進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)是否會(huì)調(diào)用我們自定義的handler方法。

2.
可以看到，第一次在死循環(huán)里面我們除0一次，然后當(dāng)程序運(yùn)行的時(shí)候，signal瘋狂捕捉8號(hào)信號(hào)SIGFPE，那我們可以將其理解成是由于除0代碼放在死循環(huán)里面導(dǎo)致的，因?yàn)樵谒姥h(huán)里面，不斷進(jìn)行除0錯(cuò)誤，那么OS就不斷的給進(jìn)程發(fā)送8號(hào)信號(hào)，signal就會(huì)不斷的被捕捉，handler方法就會(huì)不斷的被執(zhí)行，從而導(dǎo)致顯示器上瘋狂打印handler里面的輸出信息，進(jìn)程捕捉到了一個(gè)信號(hào)，信號(hào)編號(hào)是8號(hào)。
上面確實(shí)可以這么理解，沒(méi)有絲毫問(wèn)題。那我們就趕快把除0代碼放到死循環(huán)外面啊，放到外面8號(hào)信號(hào)SIGFPE就不會(huì)一直發(fā)送了，那signal就只會(huì)捕捉一次8號(hào)信號(hào)，handler也就只會(huì)被執(zhí)行一次，打印一行輸出信息即可，但！結(jié)果和我們所想的一樣嗎？當(dāng)然不一樣！程序依舊還是瘋狂捕捉SIGFPE信號(hào)，handler中的輸出信息還是像鞭尸一樣瘋狂的輸出，這是怎么回事捏？

3.
經(jīng)過(guò)你上面的兩個(gè)代碼運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，此時(shí)我有兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是操作系統(tǒng)怎么知道要給我這個(gè)進(jìn)程發(fā)送8號(hào)信號(hào)呢？另一個(gè)問(wèn)題，我都已經(jīng)把除0代碼放到死循環(huán)外面了，就除0一次而已啊，你signal怎么還給我瘋狂捕捉8號(hào)信號(hào)呢，這是怎么回事??？

問(wèn)題1：CPU中有很多很多的寄存器，這些寄存器就相當(dāng)于CPU的工作臺(tái)，其中有些寄存器位狀態(tài)寄存器，用于標(biāo)識(shí)這次CPU的計(jì)算結(jié)果是否正確，狀態(tài)寄存器標(biāo)識(shí)每次CPU的計(jì)算結(jié)果是否正確其實(shí)也是通過(guò)狀態(tài)位圖來(lái)解決的，如果計(jì)算結(jié)果正常那么對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位就是0，如果計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤對(duì)應(yīng)的比特位就會(huì)由0置1。除0其實(shí)就相當(dāng)于除無(wú)窮小，那么CPU計(jì)算出來(lái)的結(jié)果就會(huì)很大很大，可能已經(jīng)超出INT_MAX了，此時(shí)狀態(tài)寄存器中的溢出標(biāo)志位就會(huì)由0置為1，那么這是不是代表CPU計(jì)算出錯(cuò)了呢？當(dāng)然是?。?br> 那么操作系統(tǒng)要不要知道CPU計(jì)算出錯(cuò)了呢？當(dāng)然要知道！因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是軟硬件資源的管理者，你硬件計(jì)算都出異常了，我操作系統(tǒng)能不知道嗎？所以操作系統(tǒng)就會(huì)知道當(dāng)前在CPU上運(yùn)行的進(jìn)程導(dǎo)致CPU出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤了，并且CPU計(jì)算錯(cuò)誤是由于溢出，那么此時(shí)操作系統(tǒng)就會(huì)給對(duì)應(yīng)進(jìn)程發(fā)送8號(hào)信號(hào)SIGFPE，進(jìn)程收到該信號(hào)后，在合適的時(shí)候會(huì)處理這個(gè)信號(hào)，處理時(shí)默認(rèn)的行為就是終止該進(jìn)程，這就能解釋為什么操作系統(tǒng)知道要給具體哪個(gè)進(jìn)程發(fā)送8號(hào)信號(hào)了。因?yàn)檫M(jìn)程在CPU上運(yùn)行的時(shí)候，進(jìn)程相關(guān)的上下文數(shù)據(jù)都被臨時(shí)加載到CPU的寄存器上了，操作系統(tǒng)一讀取寄存器內(nèi)容，進(jìn)程的相關(guān)數(shù)據(jù)還不是輕輕松松都拿到了嗎？根據(jù)CPU的計(jì)算異常種類(lèi)，向進(jìn)程發(fā)送個(gè)8號(hào)信號(hào)對(duì)于操作系統(tǒng)還不簡(jiǎn)單嗎？
所以總結(jié)成一句話(huà)就是，CPU計(jì)算發(fā)生異常，操作系統(tǒng)知曉CPU發(fā)生的計(jì)算異常種類(lèi)后，向當(dāng)前在CPU上正在運(yùn)行的進(jìn)程發(fā)送對(duì)應(yīng)的8號(hào)信號(hào)，進(jìn)程在合適的時(shí)候處理該信號(hào)，默認(rèn)處理行為就是終止退出進(jìn)程。

操作系統(tǒng)作為軟硬件資源的管理者，什么都知道！

問(wèn)題2：?jiǎn)栴}1是基于進(jìn)程遞達(dá)處理信號(hào)時(shí)是默認(rèn)處理行為，也就是終止退出進(jìn)程，我們想知道為什么OS會(huì)給進(jìn)程發(fā)送8號(hào)信號(hào)。問(wèn)題2是基于我們通過(guò)signal捕捉8號(hào)信號(hào)，自己定義handler方法，想要驗(yàn)證進(jìn)程的確就是由于收到8號(hào)信號(hào)而退出的，但發(fā)現(xiàn)除0即使就除了一次，但handler依舊被瘋狂的調(diào)用，我們想知道這是為什么。所以問(wèn)題1和2基于的場(chǎng)景是不同的，老鐵們注意一下。
進(jìn)程收到信號(hào)后，在合適的時(shí)候進(jìn)行遞達(dá)處理后，一定會(huì)終止退出嗎？這是不一定的！那如果進(jìn)程沒(méi)有退出的話(huà)，他是不是還有可能被CPU進(jìn)行調(diào)度呢？當(dāng)然有可能被重新調(diào)度，這也是我們常說(shuō)的進(jìn)程切換。我們知道寄存器中的數(shù)據(jù)是臨時(shí)數(shù)據(jù)，當(dāng)進(jìn)程被切換時(shí)，CPU中這一套寄存器的內(nèi)容又會(huì)被重新加載為新的在CPU上運(yùn)行的進(jìn)程的數(shù)據(jù)（CPU的寄存器中的內(nèi)容只屬于當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)，進(jìn)程切換時(shí)會(huì)進(jìn)行進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)保護(hù)，下次調(diào)度時(shí)會(huì)進(jìn)行上下文數(shù)據(jù)恢復(fù)，下面的圖描繪的很詳細(xì)，這里不贅述）所以當(dāng)除0的進(jìn)程被重新調(diào)度到CPU上運(yùn)行的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)寄存器里面的溢出標(biāo)志位又會(huì)由0置為1，此時(shí)CPU又會(huì)出現(xiàn)計(jì)算異常，操作系統(tǒng)知曉后又會(huì)給進(jìn)程發(fā)送8號(hào)信號(hào)，那么signal又會(huì)捕捉到8號(hào)信號(hào)，handler方法又會(huì)被再一次調(diào)用，所以這就是為什么我們只除0一次，但8號(hào)信號(hào)依舊多次被捕捉，handler依舊被多次調(diào)用的原因，本質(zhì)上就是因?yàn)槲覀冏远x8號(hào)信號(hào)遞達(dá)處理的行為，我們并沒(méi)有讓進(jìn)程退出，那么進(jìn)程就有可能被CPU重新調(diào)度，此時(shí)相同的問(wèn)題就會(huì)重復(fù)多次的發(fā)生，況且CPU的運(yùn)行速度那么快，就算是進(jìn)程切換，我們的除0進(jìn)程可能在1s內(nèi)還是會(huì)被重復(fù)調(diào)度很多很多次，所以CPU的速度很快很快！不要用我們的感知去衡量。

4.
那么對(duì)于這樣的問(wèn)題，我們能否修正這個(gè)錯(cuò)誤呢？比如將狀態(tài)寄存器的溢出標(biāo)志位重新再置為0？答案是不能，因?yàn)闋顟B(tài)寄存器是由CPU自己維護(hù)的，并且CPU也要被操作系統(tǒng)管理，而用戶(hù)是沒(méi)有權(quán)力訪(fǎng)問(wèn)和修改CPU上寄存器的數(shù)據(jù)的。
這一點(diǎn)也不難理解，用戶(hù)能做的工作從權(quán)限角度來(lái)講是比較有限的，當(dāng)程序已經(jīng)在CPU上跑起來(lái)的時(shí)候，此時(shí)用戶(hù)是什么都無(wú)法做的，他只能在一旁看著CPU取程序的指令并執(zhí)行指令，至于用戶(hù)想要修改或維護(hù)此時(shí)CPU計(jì)算異常這樣的事情，是無(wú)法做到的，我們唯一能做的就是看到進(jìn)程的運(yùn)行結(jié)果或中斷運(yùn)行進(jìn)行報(bào)錯(cuò)，一旦程序開(kāi)始運(yùn)行，如果出錯(cuò)我們也只能進(jìn)行事后調(diào)試。

5.
從除0錯(cuò)誤這個(gè)例子我們就能夠?qū)φZ(yǔ)言級(jí)別產(chǎn)生的除0錯(cuò)誤有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)了，實(shí)際上語(yǔ)言級(jí)別我們進(jìn)行除0時(shí)，也是由于硬件CPU計(jì)算溢出導(dǎo)致操作系統(tǒng)給進(jìn)程發(fā)送SIGFPE信號(hào)，信號(hào)的默認(rèn)處理動(dòng)作就是終止進(jìn)程，下面代碼就是在VS上跑的，可以看到進(jìn)程退出。

3.2 訪(fǎng)問(wèn)空指針指向的空間（OS怎么會(huì)知道給當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送11號(hào)信號(hào)呢？）

1.
另一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題就是空指針訪(fǎng)問(wèn)，這個(gè)問(wèn)題本質(zhì)其實(shí)也是由于硬件異常導(dǎo)致的軟件自發(fā)向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。與除0相同，為什么進(jìn)程會(huì)在報(bào)錯(cuò)一條信息Segmentation fault之后會(huì)退出呢？我們通過(guò)kill -l的命名推測(cè)是由于操作系統(tǒng)給進(jìn)程發(fā)送了11號(hào)信號(hào)SIGSEGV從而導(dǎo)致進(jìn)程退出，從11號(hào)信號(hào)的默認(rèn)處理動(dòng)作我們也知道Core也是會(huì)終止進(jìn)程的。

2.
那問(wèn)題又來(lái)了，操作系統(tǒng)怎么知道要給當(dāng)前這個(gè)進(jìn)程發(fā)送11號(hào)信號(hào)呢？
（首先我們需要了解一下頁(yè)表和MMU）
頁(yè)表是操作系統(tǒng)維護(hù)的一種內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)虛擬地址到物理地址之間的映射關(guān)系，當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，他的地址空間mm_struct會(huì)被劃分為許多固定大小(一般是4KB)的塊，這個(gè)塊我們稱(chēng)之為頁(yè)(Page)，每個(gè)頁(yè)在虛擬地址和物理地址中都有唯一性的標(biāo)識(shí)，頁(yè)表就是用來(lái)維護(hù)兩個(gè)部分標(biāo)識(shí)之間的映射關(guān)系的。頁(yè)表是由操作系統(tǒng)來(lái)維護(hù)和進(jìn)行管理，操作系統(tǒng)會(huì)給每個(gè)進(jìn)程都分配一個(gè)獨(dú)立的完全屬于該進(jìn)程的頁(yè)表，實(shí)際上這個(gè)頁(yè)表就是用戶(hù)級(jí)頁(yè)表（信號(hào)被捕捉的完整流程部分會(huì)講到這個(gè)知識(shí)內(nèi)容）。
而MMU是內(nèi)存管理單元，是集成在CPU內(nèi)部的一個(gè)硬件部件。當(dāng)CPU訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存時(shí)，CPU其實(shí)訪(fǎng)問(wèn)的是虛擬地址，MMU此時(shí)就會(huì)通過(guò)查找內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)頁(yè)表來(lái)完成CPU訪(fǎng)問(wèn)的虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，物理地址就是實(shí)際硬件上的地址，是內(nèi)存芯片或其他物理設(shè)備上的物理位置，最終CPU訪(fǎng)問(wèn)的地址就是經(jīng)過(guò)MMU轉(zhuǎn)換后的物理地址，MMU轉(zhuǎn)換虛擬地址這一步驟是實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存機(jī)制的關(guān)鍵所在。而頁(yè)表則負(fù)責(zé)存儲(chǔ)虛擬地址和物理地址之間的映射關(guān)系，方便MMU在進(jìn)行虛擬地址轉(zhuǎn)換時(shí)通過(guò)頁(yè)表來(lái)進(jìn)行快速查找虛擬地址對(duì)應(yīng)的物理地址。
在大多數(shù)操作系統(tǒng)中，內(nèi)核將0號(hào)虛擬地址保留給操作系統(tǒng)本身，而不允許應(yīng)用程序進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，并且頁(yè)表內(nèi)部也沒(méi)有存儲(chǔ)0號(hào)虛擬地址到物理地址之間的映射關(guān)系，操作系統(tǒng)沒(méi)有將0號(hào)虛擬地址映射到物理內(nèi)存的任何一個(gè)頁(yè)幀上，所以在MMU嘗試將0號(hào)虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址時(shí)，查詢(xún)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)頁(yè)表時(shí)，此時(shí)MMU就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，無(wú)法將0號(hào)虛擬地址進(jìn)行轉(zhuǎn)換。MMU會(huì)檢測(cè)到這個(gè)錯(cuò)誤并觸發(fā)空指針異常，操作系統(tǒng)作為軟硬件資源的管理者，知曉空指針異常之后，就會(huì)給當(dāng)前正在CPU上運(yùn)行的進(jìn)程發(fā)送11號(hào)信號(hào)SIGSEGV，在進(jìn)程收到信號(hào)之后，合適的時(shí)候會(huì)去處理這個(gè)信號(hào)，默認(rèn)處理動(dòng)作就是Core，會(huì)終止當(dāng)前進(jìn)程。

4.由軟件條件產(chǎn)生信號(hào)

4.1 管道：讀端關(guān)閉，寫(xiě)端一直寫(xiě)。

1.
在進(jìn)程間通信IPC部分我們談到過(guò)匿名管道和命名管道的讀寫(xiě)四大特征，其中的一個(gè)特征其實(shí)就隱含了軟件異常所產(chǎn)生的信號(hào)，當(dāng)讀端關(guān)閉時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)給寫(xiě)端發(fā)送13號(hào)信號(hào)SIGPIPE，13號(hào)信號(hào)的默認(rèn)處理行為就是Term終止當(dāng)前進(jìn)程，也就是終止寫(xiě)端進(jìn)程。
所以讀端關(guān)閉這一軟件條件，觸發(fā)了操作系統(tǒng)向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，這就是由軟件條件所產(chǎn)生的信號(hào)。

4.2 alarm定時(shí)器

1.
通過(guò)alarm鬧鐘，我們可以計(jì)算出1s內(nèi)CPU能夠累加數(shù)據(jù)多少次，下面測(cè)試的代碼中其實(shí)分了兩種情況進(jìn)行測(cè)試，一種是每次將累加數(shù)據(jù)之后的結(jié)果打印到顯示器上，一種是在1s內(nèi)只進(jìn)行數(shù)據(jù)的累加，等到1s到了的時(shí)候，我們捕捉信號(hào)在handler里面進(jìn)行累加后數(shù)據(jù)的值的打印。

聲明：cnt是一個(gè)靜態(tài)全局變量，我想讓cnt只具有內(nèi)部鏈接屬性，handler和main當(dāng)中都能用cnt，cnt的初始值為0

2.
當(dāng)我們采用每次將信息輸出到顯示器上時(shí)，cnt累加達(dá)到的數(shù)據(jù)僅僅是53820，其實(shí)主要是因?yàn)槲覀兌啻蔚脑L(fǎng)問(wèn)了顯示器硬件，也就是進(jìn)行了IO，向顯示器文件進(jìn)行output，另外由于我用的是云服務(wù)器，所以還需要將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿业谋镜仉娔X，所以1s內(nèi)的時(shí)間大部分都消耗在等待顯示器就緒和網(wǎng)絡(luò)傳輸資源上了，CPU計(jì)算的時(shí)間卻占比很小。所以打印出來(lái)的cnt大小僅僅為5w多。
當(dāng)我們將1s的時(shí)間全部放到CPU計(jì)算上來(lái)，等到1s過(guò)后定時(shí)器alarm響了，會(huì)給進(jìn)程發(fā)送13號(hào)信號(hào)SIGALRM，此時(shí)用signal捕捉信號(hào)，在handler方法里面輸出cnt的值，輸出過(guò)后exit退出子進(jìn)程即可。從打印結(jié)果可以看到，如果將時(shí)間全部用來(lái)進(jìn)行CPU的計(jì)算，CPU還是非?？斓模?s計(jì)算了大概5億多次，和上面的5w次差了大概1w多倍數(shù)，可以看到一旦訪(fǎng)問(wèn)外設(shè)CPU的執(zhí)行速度就會(huì)慢下來(lái)，因?yàn)榈却布途w很慢，硬件就緒的時(shí)間和CPU計(jì)算的時(shí)間根本不在一個(gè)量級(jí)。

3.
話(huà)又說(shuō)回來(lái)，那為什么alarm鬧鐘是軟件條件異常呢？
鬧鐘實(shí)際就是軟件，他不就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性的集合嗎？所以鬧鐘本身就是軟件，當(dāng)前進(jìn)程可以設(shè)定鬧鐘，那么其他進(jìn)程也可以設(shè)定鬧鐘，所以操作系統(tǒng)內(nèi)部一定會(huì)存在很多的鬧鐘，那么操作系統(tǒng)要不要對(duì)這些鬧鐘進(jìn)行管理呢？當(dāng)然要，管理的方式就是先描述，再組織。所以鬧鐘在操作系統(tǒng)中實(shí)際就是內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，此內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于描述鬧鐘，組織的最常見(jiàn)方式就是通過(guò)鏈表，但鬧鐘的組織方式也可以通過(guò)堆，也就是優(yōu)先級(jí)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)。

下面是鬧鐘內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的偽代碼，其內(nèi)部有一個(gè)鬧鐘響鈴的時(shí)間，表示在當(dāng)前進(jìn)程的時(shí)間戳下，經(jīng)過(guò)所傳參數(shù)second秒后，鬧鐘就會(huì)響鈴，這個(gè)響鈴時(shí)間即為當(dāng)前進(jìn)程時(shí)間戳+second參數(shù)大小。
另外鬧鐘還需要一個(gè)PCB結(jié)構(gòu)體指針，用于和設(shè)置鬧鐘的進(jìn)程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在鬧鐘響了之后，便于操作系統(tǒng)向?qū)?yīng)進(jìn)程發(fā)送14號(hào)信號(hào)SIGALRM，此信號(hào)默認(rèn)處理動(dòng)作也是終止當(dāng)前進(jìn)程。

OS會(huì)周期性的檢查這些鬧鐘，也就是通過(guò)遍歷鏈表的方式，檢查當(dāng)前時(shí)間戳超過(guò)了哪個(gè)鬧鐘數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的when時(shí)間，一旦超過(guò)，說(shuō)明此鬧鐘到達(dá)設(shè)定時(shí)間，那么這個(gè)時(shí)候操作系統(tǒng)就該給鬧鐘對(duì)應(yīng)的進(jìn)程發(fā)送14號(hào)信號(hào)，如何找到這個(gè)進(jìn)程呢？通過(guò)alarm類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體指針便可以拿到alarm結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容，其結(jié)構(gòu)體中有一個(gè)字段便是PCB指針，通過(guò)PCB指針就可以找到鬧鐘對(duì)應(yīng)的進(jìn)程了。

除鏈表這樣經(jīng)典的組織方式之外，另一種組織方式就是優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，priority_queue，實(shí)際就是堆結(jié)構(gòu)，按照鬧鐘結(jié)構(gòu)體中的when的大小建大堆，如果堆頂鬧鐘的時(shí)間小于當(dāng)前進(jìn)程時(shí)間戳，則說(shuō)明整個(gè)堆中所有的鬧鐘均為達(dá)到響鈴的條件。如果堆頂鬧鐘的時(shí)間大于當(dāng)前進(jìn)程時(shí)間戳，那就要給堆頂鬧鐘對(duì)應(yīng)進(jìn)程發(fā)送14號(hào)信號(hào)了，檢查過(guò)后再pop堆頂元素，重新看下一個(gè)堆頂鬧鐘是否超時(shí)，大概就是這么一個(gè)邏輯。

5.總結(jié)一下

1.
上面我們談到了四種產(chǎn)生信號(hào)的方式，有通過(guò)鍵盤(pán)產(chǎn)生信號(hào)，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生信號(hào)，由于硬件異常導(dǎo)致軟件自發(fā)的產(chǎn)生信號(hào)，由于某些軟件條件產(chǎn)生信號(hào)等等，老鐵們不難發(fā)現(xiàn)，這四種產(chǎn)生信號(hào)的方式最終都落到了操作系統(tǒng)本身身上，鍵盤(pán)的kill或組合熱鍵不是通過(guò)kill系統(tǒng)調(diào)用嗎？系統(tǒng)調(diào)用不就是操作系統(tǒng)提供的接口嗎？硬件異常不還是操作系統(tǒng)知曉后給進(jìn)程發(fā)送信號(hào)嗎？由于軟件條件而產(chǎn)生的信號(hào)，最終不還是通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)嗎？
那為什么所有發(fā)送信號(hào)最終都要落到操作系統(tǒng)上呢？因?yàn)檫M(jìn)程接收信號(hào)的本質(zhì)就是修改PCB中的信號(hào)位圖，而修改PCB這樣的能力只有操作系統(tǒng)才具有，所以只要發(fā)送信號(hào)最終都繞不開(kāi)操作系統(tǒng)，因?yàn)?strong>操作系統(tǒng)是進(jìn)程的管理者。

2.
只要進(jìn)程收到信號(hào)，那么信號(hào)就一定被處理嗎？并不是這樣的，進(jìn)程會(huì)在合適的時(shí)候處理該信號(hào)。那在合適處理和收到信號(hào)之間有一個(gè)時(shí)間窗口，這個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)信號(hào)被保存在哪里呢？信號(hào)會(huì)被保存到PCB的信號(hào)位圖里面。

3.
如何理解OS向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)呢？發(fā)送信號(hào)的本質(zhì)就是OS修改進(jìn)程PCB結(jié)構(gòu)體中的信號(hào)位圖，將對(duì)應(yīng)比特位由0置1即為進(jìn)程接收到信號(hào)。
一個(gè)進(jìn)程在未收到信號(hào)的時(shí)候，能否知道自己要對(duì)合法信號(hào)做什么處理呢？當(dāng)然可以知道，這個(gè)工作早被編寫(xiě)系統(tǒng)的程序員完成了，他們讓進(jìn)程能夠知道自己對(duì)不同的信號(hào)該做什么樣的處理。

三、信號(hào)的保存（PCB內(nèi)部的兩張位圖和一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組）

1.未決 阻塞 遞達(dá)概念的拋出

1.
信號(hào)會(huì)在合適的時(shí)候被進(jìn)程處理，執(zhí)行信號(hào)處理的動(dòng)作，稱(chēng)為信號(hào)遞達(dá)，信號(hào)遞達(dá)前的動(dòng)作被稱(chēng)為信號(hào)捕捉，我們一般通過(guò)signal()或sigaction()進(jìn)行信號(hào)的捕捉，然后對(duì)應(yīng)的handler方法會(huì)進(jìn)行信號(hào)的遞達(dá)處理。當(dāng)然如果你不自定義handler方法的話(huà)，那遞達(dá)處理的動(dòng)作就不會(huì)由handler執(zhí)行，操作系統(tǒng)自己會(huì)根據(jù)默認(rèn)或忽略行為對(duì)信號(hào)進(jìn)行遞達(dá)處理。

2.
信號(hào)被保存，但并未被遞達(dá)處理叫做信號(hào)未決！意思就是此時(shí)進(jìn)程已經(jīng)收到信號(hào)了，但信號(hào)尚未被進(jìn)程遞達(dá)，此時(shí)稱(chēng)之為信號(hào)未決。

3.
還有一種狀態(tài)是信號(hào)阻塞，此狀態(tài)下即使信號(hào)已經(jīng)被收到，但永遠(yuǎn)不會(huì)被遞達(dá)，只有信號(hào)解除阻塞之后，該信號(hào)才會(huì)被遞達(dá)。
信號(hào)是否產(chǎn)生和信號(hào)阻塞是無(wú)關(guān)的， 就算一個(gè)信號(hào)沒(méi)有被產(chǎn)生，沒(méi)有被發(fā)送給進(jìn)程，但進(jìn)程依舊可以選擇阻塞該信號(hào)，意味著將來(lái)如果進(jìn)程收到了該信號(hào)，那該信號(hào)也不會(huì)被遞達(dá)，只有解除阻塞之后才可以被遞達(dá)。

4.
注意阻塞和忽略是兩種完全不同的概念，阻塞指的是信號(hào)被阻塞，無(wú)論進(jìn)程是否收到該信號(hào)，進(jìn)程永遠(yuǎn)都不會(huì)遞達(dá)這個(gè)信號(hào)。而忽略是進(jìn)程收到該信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行遞達(dá)時(shí)的一種處理行為，進(jìn)程在遞達(dá)時(shí)可以選擇忽略該信號(hào)，也就是直接將信號(hào)位圖(實(shí)際是pending位圖)中對(duì)應(yīng)的比特位由1置0之后不再做任何處理。

2.通過(guò)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和偽代碼理解概念

1.
在內(nèi)核中操作系統(tǒng)為了維護(hù)信號(hào)，為其創(chuàng)建了三個(gè)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就是三張表，分別為pending表，block表，handler表，前兩個(gè)表有專(zhuān)業(yè)的稱(chēng)呼叫做pending信號(hào)集和block信號(hào)集，當(dāng)進(jìn)程收到信號(hào)時(shí)，對(duì)應(yīng)pending位圖中的比特位就會(huì)由0置1，當(dāng)某個(gè)進(jìn)程被阻塞時(shí)，對(duì)應(yīng)block位圖中的比特位就會(huì)由0置1。
當(dāng)調(diào)用signal捕捉函數(shù)時(shí)，如果處理行為采取自定義，則用戶(hù)層定義的handler函數(shù)的函數(shù)名就會(huì)被加載到對(duì)應(yīng)的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)handler表里面，內(nèi)核調(diào)用handler進(jìn)行自定義處理時(shí)，就會(huì)去handler表里面進(jìn)行查找。指針數(shù)組的下標(biāo)代表不同的信號(hào)編號(hào)，指針數(shù)組的內(nèi)容代表對(duì)應(yīng)信號(hào)被遞達(dá)時(shí)調(diào)用的handler方法。
如果一個(gè)信號(hào)想要被遞達(dá)，最多需要進(jìn)行兩次檢測(cè)，第一次判斷其是否為阻塞信號(hào)，如果是則判斷結(jié)束，該信號(hào)一定不會(huì)被遞達(dá)。如果不是則進(jìn)行第二次判斷，pending信號(hào)集中比特位是否為1 ，如果為1說(shuō)明該進(jìn)程確實(shí)收到了對(duì)應(yīng)的信號(hào)，那就進(jìn)行遞達(dá)即可，如果為0說(shuō)明該進(jìn)程沒(méi)有收到對(duì)應(yīng)信號(hào)，則不進(jìn)行遞達(dá)。

2.
下面是PCB源碼中的部分字段，正好對(duì)應(yīng)我們所說(shuō)的三個(gè)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我上面所畫(huà)的圖是為了幫助大家理解信號(hào)在內(nèi)核中是怎么被操作系統(tǒng)維護(hù)的，原理和源碼中是相似的，但具體源碼的實(shí)現(xiàn)肯定要比我們上面所畫(huà)的復(fù)雜很多，如果有老鐵感興趣，可以自己下去研究一下源碼是如何實(shí)現(xiàn)的。

3.
a.即使一個(gè)信號(hào)沒(méi)有被產(chǎn)生，但這并不妨礙進(jìn)程阻塞該信號(hào)。
b.由于pending位圖中比特位只能被置1一次，所以如果某一個(gè)進(jìn)程多次收到同一類(lèi)型的普通信號(hào)，這就意味著除第一個(gè)普通信號(hào)外，剩余的普通信號(hào)都將被丟失（信號(hào)丟失也不是什么壞事，他是個(gè)中義詞）。實(shí)時(shí)信號(hào)有所不同，實(shí)時(shí)信號(hào)產(chǎn)生多次時(shí)會(huì)被操作系統(tǒng)放到隊(duì)列里面，以這樣的方式來(lái)保存信號(hào)，防止信號(hào)丟失。

四、信號(hào)的遞達(dá)處理（捕捉信號(hào)：忽略 默認(rèn) 自定義）

1.信號(hào)默認(rèn)處理動(dòng)作Core和Term的區(qū)別（核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)話(huà)題 + 越界訪(fǎng)問(wèn)檢查不出來(lái)）

1.
這個(gè)問(wèn)題其實(shí)已經(jīng)在上面的文章中產(chǎn)生不少次了，那么多的信號(hào)默認(rèn)處理動(dòng)作都是終止進(jìn)程，那他們有什么區(qū)別呢？實(shí)際上Term的處理動(dòng)作只是單純的終止進(jìn)程，而Core除終止進(jìn)程外，還會(huì)多做一件事，就是核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)core dump。

2.
在介紹核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)話(huà)題之前，先來(lái)談一下以前在語(yǔ)言階段我們常見(jiàn)到的越界訪(fǎng)問(wèn)問(wèn)題，有時(shí)候越界訪(fǎng)問(wèn)能檢查出來(lái)，有時(shí)候卻檢查不出來(lái)，其實(shí)是由于訪(fǎng)問(wèn)的位置不同而導(dǎo)致的，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)的位置可能已經(jīng)超過(guò)了數(shù)組的有效空間，但沒(méi)有超出數(shù)組所在函數(shù)棧幀的有效空間，OS對(duì)于正在運(yùn)行的程序是有可能檢查不出來(lái)越界訪(fǎng)問(wèn)的，同時(shí)g++編譯器在編譯階段也沒(méi)有查找出來(lái)越界訪(fǎng)問(wèn)問(wèn)題，這就有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)已經(jīng)被修改，但用戶(hù)還有可能不知情的情況產(chǎn)生。
此時(shí)可以通過(guò)編譯器選項(xiàng)或其他檢查工具或插件進(jìn)行越界訪(fǎng)問(wèn)的檢查，同時(shí)我們?cè)诰帉?xiě)代碼的時(shí)候也要注意一些，不要寫(xiě)出越界訪(fǎng)問(wèn)的代碼。

編譯器負(fù)責(zé)編譯代碼時(shí)進(jìn)行越界訪(fǎng)問(wèn)的檢查，OS負(fù)責(zé)在程序運(yùn)行時(shí)對(duì)越界訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行檢測(cè)。

我自己在測(cè)試的時(shí)候，100，1000的數(shù)組index位置，g++都沒(méi)有檢查出來(lái)越界訪(fǎng)問(wèn)，index到10000的時(shí)候檢查出來(lái)了。

2.
云服務(wù)器默認(rèn)關(guān)閉了core file的選項(xiàng)，所以當(dāng)發(fā)生越界訪(fǎng)問(wèn)也就是段錯(cuò)誤時(shí)，不會(huì)觸發(fā)核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)，核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)實(shí)際上是將出現(xiàn)異常的進(jìn)程的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)到磁盤(pán)上，此時(shí)就會(huì)生成一個(gè)名為core.xxxxx的普通文件，這個(gè)文件的后綴是當(dāng)前異常進(jìn)程的pid。
當(dāng)我們利用ulimit -c選項(xiàng)設(shè)置core file的大小的時(shí)候，就可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的文件了，否則云服務(wù)器默認(rèn)是關(guān)閉core file選項(xiàng)的，也就是不給用戶(hù)生成對(duì)應(yīng)的核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件。

3.
那么這個(gè)核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件有什么用呢？
他主要用來(lái)幫助我們進(jìn)行事后調(diào)試，當(dāng)gdb進(jìn)程之后，我們通過(guò)core-file 指令 再加對(duì)應(yīng)的異常進(jìn)程的核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件，回車(chē)之后立馬就可以幫助我們快速定位問(wèn)題出錯(cuò)的位置，直接告訴我們是在main函數(shù)的第46行出現(xiàn)了段錯(cuò)誤。
所以通過(guò)核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件快速定位程序問(wèn)題所在，是一種不錯(cuò)的調(diào)試策略。

2.信號(hào)被捕捉的完整流程（進(jìn)程在 合適的時(shí)候 處理信號(hào)）

2.1 內(nèi)核態(tài)和用戶(hù)態(tài)（調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用觸發(fā)軟中斷，處理器由用戶(hù)態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)）

1.
我們上面老是說(shuō)進(jìn)程會(huì)在合適的時(shí)候處理信號(hào)，那么什么時(shí)候是合適的時(shí)候呢？答案是，從內(nèi)核態(tài)返回用戶(hù)態(tài)的時(shí)候，進(jìn)程會(huì)在這個(gè)時(shí)候處理信號(hào)。
需要知道的是，我們所寫(xiě)的代碼在編譯后運(yùn)行時(shí)，其實(shí)是以用戶(hù)態(tài)的身份去跑的，但用戶(hù)態(tài)的代碼難免會(huì)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源或硬件資源，而這些資源都是由操作系統(tǒng)管理的，所以想要訪(fǎng)問(wèn)這些資源則一定繞不開(kāi)操作系統(tǒng)，那么操作系統(tǒng)就需要提供系統(tǒng)調(diào)用接口，讓用戶(hù)以操作系統(tǒng)的意愿去訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核或硬件資源，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)不相信任何用戶(hù)，所以操作系統(tǒng)必須自己實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用，這個(gè)實(shí)現(xiàn)代碼也就是我們常說(shuō)的內(nèi)核代碼，然后把代碼的接口提供給用戶(hù)，用戶(hù)只能通過(guò)這些系統(tǒng)調(diào)用接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，不能自己隨意訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核或硬件資源。

2.
所以例如printf() write() read() getpid() waitpid()等等接口，前部分需要訪(fǎng)問(wèn)顯示器或鍵盤(pán)等硬件，后部分需要訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源PCB，這些接口的底層一定是離不開(kāi)系統(tǒng)調(diào)用接口的，因?yàn)樗麄兌贾苯踊蜷g接的訪(fǎng)問(wèn)了內(nèi)核或硬件資源。
再比如stl容器的各個(gè)接口，這些接口中有沒(méi)有某些接口底層一定調(diào)用的也是系統(tǒng)調(diào)用呢？當(dāng)然是有的！所有的stl容器都需要擴(kuò)容，僅憑這一點(diǎn)就可以確定他們底層要調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用了，因?yàn)閿U(kuò)容實(shí)際上就是在訪(fǎng)問(wèn)物理內(nèi)存這一硬件資源，實(shí)際是先訪(fǎng)問(wèn)mm_struct，然后再通過(guò)MMU去訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存硬件資源，那這些接口也一定繞不開(kāi)操作系統(tǒng)，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是軟硬件資源的管理者，那這些接口底層也一定封裝了系統(tǒng)調(diào)用。
（實(shí)際上按照我個(gè)人理解來(lái)看，訪(fǎng)問(wèn)硬件資源本質(zhì)還是訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源，因?yàn)樗械挠布夹枰还芾恚僮飨到y(tǒng)會(huì)在內(nèi)核里面創(chuàng)建對(duì)應(yīng)硬件的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行描述和組織，所以你訪(fǎng)問(wèn)硬件說(shuō)到底還是訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源）

3.
當(dāng)代碼運(yùn)行到系統(tǒng)調(diào)用接口時(shí)，要執(zhí)行對(duì)應(yīng)的內(nèi)核代碼了，程序能否以用戶(hù)態(tài)的身份去執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的內(nèi)核代碼呢？這當(dāng)然是不可以的！因?yàn)樵谟脩?hù)態(tài)下，進(jìn)程只能訪(fǎng)問(wèn)受操作系統(tǒng)授權(quán)的用戶(hù)空間的代碼，用戶(hù)態(tài)的進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別太低，內(nèi)核并不相信用戶(hù)，所以如果想要執(zhí)行內(nèi)核代碼，則進(jìn)程的運(yùn)行級(jí)別必須由用戶(hù)態(tài)切為內(nèi)核態(tài)，內(nèi)核態(tài)下，進(jìn)程可以訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核代碼或其他內(nèi)核資源，等到系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束之后，當(dāng)然也不能以?xún)?nèi)核態(tài)的身份去執(zhí)行用戶(hù)態(tài)的代碼，因?yàn)橛脩?hù)態(tài)的代碼有可能被惡意利用去攻擊操作系統(tǒng)，而內(nèi)核態(tài)的執(zhí)行權(quán)限大，所以在系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，為防止發(fā)生意外，進(jìn)程的運(yùn)行級(jí)別還需要由內(nèi)核態(tài)切換為用戶(hù)態(tài)，此時(shí)如果某些代碼想要攻擊操作系統(tǒng)，用戶(hù)態(tài)的執(zhí)行權(quán)限是不夠的，他無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)任何內(nèi)核資源或硬件，自然就保證了系統(tǒng)的安全性。

4.
當(dāng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用接口，也就是執(zhí)行內(nèi)核代碼時(shí)，我們稱(chēng)進(jìn)程陷入了內(nèi)核態(tài)，由于執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)和執(zhí)行之后各需要進(jìn)行一次身份的切換，所以系統(tǒng)調(diào)用往往要費(fèi)時(shí)間一些，所以應(yīng)盡量避免頻繁調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用接口，因?yàn)檫@會(huì)降低程序運(yùn)行的效率。
所以stl的空間配置器在實(shí)際開(kāi)空間的時(shí)候，往往要給用戶(hù)多擴(kuò)容一些，因?yàn)樗履闵晕⑦€需要多用一些空間時(shí)再次調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，而這樣會(huì)降低程序運(yùn)行的效率。

5.
在linux系統(tǒng)中，當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，會(huì)提前執(zhí)行一個(gè)int 0x80匯編指令(也稱(chēng)為中斷指令)，此指令會(huì)觸發(fā)一個(gè)軟中斷(也稱(chēng)為陷阱)，這個(gè)指令會(huì)讓處理器從用戶(hù)態(tài)切換為內(nèi)核態(tài)，便于內(nèi)核能夠訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)(這個(gè)上下文數(shù)據(jù)就是內(nèi)核資源)，其實(shí)內(nèi)核訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)還是通過(guò)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不過(guò)此時(shí)處理器已經(jīng)切換為內(nèi)核態(tài)，能夠取到相應(yīng)的進(jìn)程上下文數(shù)據(jù)

2.2 CPU工作原理（與其說(shuō)是進(jìn)程級(jí)別的切換，不如說(shuō)是處理器級(jí)別的切換）

1.
我們知道CPU中有一套寄存器，寄存器中保存的永遠(yuǎn)是臨時(shí)數(shù)據(jù)，寄存器就是CPU的工作臺(tái)，凡是和當(dāng)前進(jìn)程強(qiáng)相關(guān)的寄存器，寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)稱(chēng)為當(dāng)前進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)，在進(jìn)程切換時(shí)要進(jìn)行上下文數(shù)據(jù)的保護(hù)，也就是將被輪換下去的進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)暫時(shí)存到操作系統(tǒng)的某一塊特定空間區(qū)域中，便于下次進(jìn)程被輪換上來(lái)的時(shí)候能夠進(jìn)行上下文數(shù)據(jù)的恢復(fù)。
寄存器大致可以分為可見(jiàn)寄存器和不可見(jiàn)寄存器，其中有一個(gè)特殊的寄存器叫做CR3寄存器，他便為不可見(jiàn)寄存器，用戶(hù)是無(wú)法對(duì)其進(jìn)行修改的。還有一些其他的寄存器比如EBX EDI ESI等(我們這里方便敘述用cur寄存器來(lái)替代)，保存的是指向當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的PCB指針。

2.
實(shí)際上這個(gè)CR3寄存器內(nèi)部存儲(chǔ)的是頁(yè)表的地址，當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別是用戶(hù)態(tài)時(shí)，這個(gè)CR3寄存器內(nèi)部存儲(chǔ)的是用戶(hù)級(jí)頁(yè)表的物理地址，當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別是內(nèi)核態(tài)時(shí)，這個(gè)CR3寄存器內(nèi)部存儲(chǔ)的是內(nèi)核級(jí)頁(yè)表的物理地址。
通過(guò)這個(gè)CR3寄存器存儲(chǔ)內(nèi)容的變化，就可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別的切換。
這個(gè)頁(yè)表地址有那么牛嗎？變一變CR3存儲(chǔ)的頁(yè)表地址就能實(shí)現(xiàn)進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別的切換？頁(yè)表能有這么厲害呢？沒(méi)毛??！頁(yè)表確實(shí)挺牛的！你想要訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源，這些內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或代碼可能位于物理地址空間的不同位置上，所以想要找到他們就必須通過(guò)內(nèi)核級(jí)頁(yè)表，那么MMU進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)去CR3寄存器內(nèi)部取內(nèi)核級(jí)頁(yè)表的地址，通過(guò)這個(gè)內(nèi)核級(jí)頁(yè)表才能實(shí)現(xiàn)內(nèi)核資源的訪(fǎng)問(wèn)，因?yàn)閮?nèi)核級(jí)頁(yè)表存儲(chǔ)了內(nèi)核資源從虛擬地址到物理地址轉(zhuǎn)換的映射關(guān)系。
在進(jìn)程切換時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將新的進(jìn)程的頁(yè)目錄表的物理地址加載到CR3寄存器中，MMU會(huì)根據(jù)新的頁(yè)目錄表地址進(jìn)行虛擬到物理地址的轉(zhuǎn)換。

3.
實(shí)際上進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別的切換，說(shuō)到底還是處理器由用戶(hù)態(tài)切換為內(nèi)核態(tài)，或由內(nèi)核態(tài)切換為用戶(hù)態(tài)，你可以這么理解，進(jìn)程在CPU上運(yùn)行，如果此時(shí)處理器是用戶(hù)態(tài)級(jí)別，那么處理器的寄存器存儲(chǔ)的內(nèi)容什么的是不包括任何進(jìn)程的內(nèi)核資源的，處理器無(wú)法取到進(jìn)程中PCB，mm_struct，頁(yè)表，文件描述符表，block信號(hào)集……等等信息，只有當(dāng)處理器為內(nèi)核態(tài)級(jí)別的時(shí)候，他就可以取到進(jìn)程的內(nèi)核資源了，并將這些資源加載到寄存器里面，那么內(nèi)核就可以通過(guò)CPU的寄存器讀取到進(jìn)程的內(nèi)核資源，進(jìn)程如果想要執(zhí)行內(nèi)核代碼，CPU也可以通過(guò)進(jìn)程內(nèi)部的內(nèi)核空間找到對(duì)應(yīng)的內(nèi)核代碼并執(zhí)行。
所以與其說(shuō)成是進(jìn)程的運(yùn)行級(jí)別的切換，不如說(shuō)成是處理器級(jí)別的切換，不過(guò)處理器級(jí)別的切換底層還是通過(guò)CR3寄存器存儲(chǔ)內(nèi)容發(fā)生變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.3 再談進(jìn)程地址空間

1.
進(jìn)程該如何找到操作系統(tǒng)的代碼并執(zhí)行呢？其實(shí)是通過(guò)進(jìn)程地址空間中的內(nèi)核空間來(lái)完成的。在內(nèi)核中實(shí)際除了用戶(hù)級(jí)頁(yè)表之外，還有一張內(nèi)核級(jí)頁(yè)表，這個(gè)頁(yè)表可以將物理內(nèi)存中的操作系統(tǒng)代碼映射到每一個(gè)進(jìn)程的地址空間中的內(nèi)核空間，這個(gè)內(nèi)核級(jí)頁(yè)表專(zhuān)門(mén)用于進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源時(shí)進(jìn)行內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或代碼的虛擬地址到物理地址之間的轉(zhuǎn)換。
與用戶(hù)級(jí)頁(yè)表不同的是，內(nèi)核級(jí)頁(yè)表只需要存在一份就夠了，因?yàn)樗械倪M(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)核代碼都是同一份的，而每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的用戶(hù)級(jí)頁(yè)表是因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程的代碼是不同的，需要經(jīng)過(guò)各自獨(dú)立的頁(yè)表進(jìn)行映射才能找到物理內(nèi)存上對(duì)應(yīng)的進(jìn)程的代碼。
那怎么執(zhí)行內(nèi)核代碼呢？也很簡(jiǎn)單，在進(jìn)程地址空間的上下文進(jìn)行跳轉(zhuǎn)即可，進(jìn)程運(yùn)行時(shí)其進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)都會(huì)被加載到CPU的寄存器里面，進(jìn)行地址的跳轉(zhuǎn)即可找到內(nèi)核代碼的虛擬地址，經(jīng)過(guò)MMU映射后便可執(zhí)行內(nèi)核代碼。

2.4 信號(hào)被捕捉遞達(dá)的完整流程（內(nèi)核如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)的捕捉？→ vital）

1.
信號(hào)會(huì)在內(nèi)核態(tài)切換到用戶(hù)態(tài)的時(shí)候被進(jìn)程處理，那么進(jìn)程是由于什么原因進(jìn)入的內(nèi)核態(tài)呢？
常見(jiàn)的進(jìn)入內(nèi)核態(tài)有兩種情況。當(dāng)進(jìn)程調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，由于處理器要執(zhí)行內(nèi)核代碼，則進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別一定需要切換為內(nèi)核態(tài)，因?yàn)橛脩?hù)態(tài)權(quán)限太低，等到系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行完畢，進(jìn)程又會(huì)由內(nèi)核態(tài)切換為用戶(hù)態(tài)。另一種情況是進(jìn)程切換，這種情況較為常見(jiàn)，當(dāng)進(jìn)程被輪換下去的時(shí)候，進(jìn)程的上下文要進(jìn)行保存，內(nèi)核如果想要訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)，那么進(jìn)程的運(yùn)行級(jí)別也必須切換為內(nèi)核態(tài)，否則處理器無(wú)法拿到進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)，進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)也就無(wú)法保存。

2.
當(dāng)進(jìn)程陷入內(nèi)核后，執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)用或者某些任務(wù)后，內(nèi)核會(huì)順便檢查進(jìn)程的三張表，只要信號(hào)未被阻塞并且pending信號(hào)集中對(duì)應(yīng)的比特位是1，那么就可以遞達(dá)該信號(hào)，遞達(dá)時(shí)的處理行為如果是默認(rèn)，則當(dāng)前進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別為內(nèi)核態(tài)，操作系統(tǒng)正好向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，終止殺死該進(jìn)程，如果是忽略直接惰性遞達(dá)即可，將pending位圖的比特位由1置0后什么處理都不做。上面所說(shuō)的這兩種處理行為直接以?xún)?nèi)核態(tài)的身份執(zhí)行即可，遞達(dá)后直接返回用戶(hù)態(tài)執(zhí)行剩余代碼即可。
但自定義行為的遞達(dá)就沒(méi)有那么輕松了，首先進(jìn)程以?xún)?nèi)核態(tài)的身份去執(zhí)行用戶(hù)層的代碼是萬(wàn)萬(wàn)不可以的，因?yàn)檫@不安全，如果用戶(hù)層的代碼惡意攻擊操作系統(tǒng)呢？此時(shí)內(nèi)核態(tài)的身份還正好能執(zhí)行這樣的惡意攻擊訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源的代碼，這不完蛋了嗎？所以遞達(dá)想要執(zhí)行自定義行為，則進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別必須由內(nèi)核態(tài)切換為用戶(hù)態(tài)，通過(guò)iret匯編指令可以切回到用戶(hù)態(tài)，在執(zhí)行完handler后，是不能直接回到代碼的下一條運(yùn)行語(yǔ)句處的，因?yàn)樘D(zhuǎn)是需要地址的，這個(gè)過(guò)程必須有內(nèi)核參與才行，你現(xiàn)在處于用戶(hù)態(tài)，進(jìn)程的地址空間等內(nèi)核信息的訪(fǎng)問(wèn)都需要內(nèi)核態(tài)運(yùn)行級(jí)別的進(jìn)程，所以此時(shí)還需要再回到內(nèi)核態(tài)，在內(nèi)核態(tài)中通過(guò)進(jìn)程虛擬地址的跳轉(zhuǎn)找到用戶(hù)態(tài)運(yùn)行到哪行代碼處了，然后再通過(guò)iret指令將進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別由內(nèi)核態(tài)轉(zhuǎn)為用戶(hù)態(tài)。最后進(jìn)程以用戶(hù)態(tài)身份繼續(xù)向下執(zhí)行剩余代碼即可。

3.
在上面敘述的過(guò)程中，進(jìn)程執(zhí)行handler方法后為什么不能直接回到main執(zhí)行流？而是需要先回到內(nèi)核態(tài)，然后再通過(guò)某些匯編指令(iret)回到用戶(hù)態(tài)，恢復(fù)main函數(shù)的上下文繼續(xù)執(zhí)行。
我上面的解釋其實(shí)是有問(wèn)題的，我從進(jìn)程地址空間的角度解釋了進(jìn)程執(zhí)行完handler方法后要回到內(nèi)核態(tài)，這個(gè)角度是錯(cuò)誤的，因?yàn)檫M(jìn)程地址空間中的0-3G用戶(hù)空間不屬于內(nèi)核資源.
其實(shí)真正的原因是因?yàn)?，handler執(zhí)行流和main執(zhí)行流使用不同的堆?？臻g，他們之間不存在調(diào)用和被調(diào)用的關(guān)系，是兩個(gè)獨(dú)立的控制流(就像fork的父進(jìn)程和子進(jìn)程一樣，他們的堆?？臻g完全獨(dú)立)。所以進(jìn)程是無(wú)法做到從用戶(hù)層的handler執(zhí)行流直接跳轉(zhuǎn)到main執(zhí)行流的，而是需要通過(guò)sigreturn再次進(jìn)入內(nèi)核態(tài)，如果此時(shí)沒(méi)有信號(hào)被遞達(dá)，則這次返回用戶(hù)態(tài)就是恢復(fù)main函數(shù)的上下文繼續(xù)執(zhí)行剩余代碼了。

4.
下面畫(huà)了一張圖，幫助大家理解信號(hào)捕捉遞達(dá)(處理行為是自定義行為)的完整流程，從左上角開(kāi)始 到 再回到左上角的一個(gè)過(guò)程。紅色圈圈代表進(jìn)程的運(yùn)行級(jí)別要發(fā)生切換，中間的綠圈代表信號(hào)檢測(cè)。（如果信號(hào)遞達(dá)的行為是默認(rèn)或忽略，則信號(hào)檢測(cè)過(guò)后直接返回到用戶(hù)態(tài)即可，無(wú)須執(zhí)行handler方法）

5.
最后再總結(jié)一下信號(hào)被捕捉遞達(dá)的完整流程（很詳細(xì)）。
遞達(dá)像是一個(gè)過(guò)程，而捕捉更像是一個(gè)動(dòng)作，當(dāng)信號(hào)的處理行為是自定義行為，那么在信號(hào)遞達(dá)的時(shí)候會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的handler方法，此時(shí)我們稱(chēng)調(diào)用handler方法為捕捉信號(hào)。
假設(shè)用戶(hù)已經(jīng)了注冊(cè)某個(gè)信號(hào)(9號(hào)信號(hào)除外)的處理函數(shù)sighandler()。當(dāng)前正在執(zhí)行main函數(shù)，由于中斷或異常切換到內(nèi)核態(tài)。在中斷或異常處理完畢之后，即將返回到用戶(hù)態(tài)的main函數(shù)之前，內(nèi)核發(fā)現(xiàn)用戶(hù)注冊(cè)的某個(gè)信號(hào)需要被遞達(dá)，那此時(shí)內(nèi)核決定：返回用戶(hù)態(tài)不是恢復(fù)main函數(shù)的上下文繼續(xù)執(zhí)行，而是去執(zhí)行用戶(hù)注冊(cè)的信號(hào)處理函數(shù)sighandler()。sighandler()執(zhí)行完畢之后，由于sighandler()和main()是兩個(gè)獨(dú)立的控制流程，各自使用不同的堆?？臻g（具體我后面在多線(xiàn)程部分會(huì)講解），兩者之間并不存在調(diào)用和被調(diào)用的關(guān)系。所以在sighandler()函數(shù)執(zhí)行完畢，進(jìn)行返回時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用特殊的系統(tǒng)調(diào)用sigreturn()（sys_sigreturn()是內(nèi)核中該系統(tǒng)調(diào)用的具體實(shí)現(xiàn)）再次進(jìn)入內(nèi)核態(tài)，如果此時(shí)沒(méi)有新的信號(hào)需要被遞達(dá)，那么進(jìn)程將會(huì)返回為用戶(hù)態(tài)，內(nèi)核回恢復(fù)main函數(shù)的上下文繼續(xù)執(zhí)行main的剩余代碼。

上面的敘述過(guò)程拋出了中斷和異常，以及堆棧空間等概念。
1.堆?？臻g其實(shí)就是棧區(qū)，一種后進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而每個(gè)函數(shù)都會(huì)有自己獨(dú)立的函數(shù)棧幀空間，這些堆?？臻g會(huì)被依次壓入堆?？臻g中，進(jìn)行后進(jìn)先出的處理。有很多人喜歡把棧叫做堆?？臻g，堆?？臻g大小是有限制的，如果函數(shù)調(diào)用層數(shù)過(guò)多，比如遞歸，此時(shí)堆棧空間是有可能發(fā)生stack overflow堆?？臻g溢出的，所以在調(diào)用函數(shù)時(shí)要注意遞歸的寫(xiě)法，遞歸展開(kāi)太多的話(huà)，棧溢出在所難免。
STL中的stack容器和這里的堆?？臻g要區(qū)分開(kāi)來(lái)，動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的容器空間一般都開(kāi)辟在堆上，容器對(duì)象本身一般都是在堆?？臻g上，對(duì)象中含有指向堆空間的指針。所以我們?cè)谑褂胹tack容器時(shí)，一般是不用擔(dān)心溢出的，因?yàn)槎芽臻g很大很大有好幾個(gè)G。（強(qiáng)調(diào)這里，是怕大家把堆?？臻g和某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)stack搞混掉，stack的空間一般都在堆上進(jìn)行開(kāi)辟，和堆?？臻g是不同的）
2.時(shí)鐘中斷就是我們常說(shuō)的進(jìn)程時(shí)間片到了，進(jìn)程要被輪轉(zhuǎn)下去，此時(shí)需要執(zhí)行內(nèi)核中的中斷處理程序，進(jìn)程就需要被切換為內(nèi)核態(tài)。軟件中斷，譬如在信號(hào)產(chǎn)生部分談到的管道讀端關(guān)閉，管道寫(xiě)端進(jìn)程被終止。或者是alarm定時(shí)器，時(shí)間戳超過(guò)alarm定時(shí)器設(shè)定時(shí)間時(shí)，就會(huì)觸發(fā)軟件中斷，此時(shí)進(jìn)程回切換為內(nèi)核態(tài)，執(zhí)行內(nèi)核中對(duì)應(yīng)的中斷處理程序。

下面是一個(gè)硬件中斷的例子，其實(shí)可以看到，進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別的切換還是非常頻繁的。因?yàn)槌绦虻倪\(yùn)行難免要訪(fǎng)問(wèn)到內(nèi)核資源，程序不是單蹦的，他也需要和操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核資源，所以進(jìn)程運(yùn)行級(jí)別切換非常頻繁我們也能夠理解，畢竟事物的產(chǎn)生和運(yùn)轉(zhuǎn)往往不是獨(dú)立憑空出現(xiàn)的，而是需要配合其他事物來(lái)共同完成。

五、通過(guò)代碼編寫(xiě) 理解 信號(hào)的保存和遞達(dá)

1.信號(hào)集操作的庫(kù)函數(shù)

1.
sigset_t類(lèi)型對(duì)于所有的信號(hào)都用一個(gè)bit位來(lái)表示當(dāng)前進(jìn)程是否受到該信號(hào)，至于這個(gè)類(lèi)型內(nèi)部如何存儲(chǔ)這些bit位，用戶(hù)是不需要關(guān)心的，用戶(hù)只能通過(guò)以下的庫(kù)函數(shù)操作接口來(lái)操作sigset_t變量，而不應(yīng)該主觀的對(duì)其內(nèi)部數(shù)據(jù)做任何解釋。（比如你想打印printf輸出sigset_t變量的值，等等操作都是不被允許的。）
前4個(gè)函數(shù)都是成功返回0，出錯(cuò)返回-1.sigismember是布爾函數(shù)，信號(hào)集若包含signo則返回1，不包含返回0，出錯(cuò)返回-1。
在使用sigset_t類(lèi)型的變量之前，一定要使用sigemptyset()或sigfillset()函數(shù)對(duì)變量進(jìn)行初始化，使變量?jī)?nèi)部的數(shù)據(jù)處于一個(gè)確定穩(wěn)定的狀態(tài)，在初始化sigset_t變量之后就可以調(diào)用剩余三個(gè)函數(shù)進(jìn)行信號(hào)的添加，刪除，判斷是否存在等。

2.
實(shí)際上sigset_t類(lèi)型是一個(gè)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的重定義，這個(gè)結(jié)構(gòu)體中包含了一個(gè)類(lèi)型為unsigned long int的數(shù)組，每個(gè)元素大小是8字節(jié)。至于信號(hào)是如何添加，如何刪除等操作我們不關(guān)心，感興趣的老鐵可以看下源碼。

2.系統(tǒng)調(diào)用: sigprocmask 和 sigpending

1.
我們之前所說(shuō)的block位圖，其實(shí)還有一些其他的稱(chēng)呼：信號(hào)屏蔽字，阻塞信號(hào)集。
sigprocmask是一個(gè)可以讀取或修改進(jìn)程信號(hào)屏蔽字的函數(shù)，set和oset均為輸出型參數(shù)，函數(shù)內(nèi)部會(huì)對(duì)set和oldset指針指向的sigset_t類(lèi)型變量做修改。如果oset為非空指針，則讀取當(dāng)前進(jìn)程的信號(hào)屏蔽字通過(guò)oset指針變量傳出。如果set為非空指針，則更改當(dāng)前進(jìn)程的信號(hào)屏蔽字，how通過(guò)傳遞宏的方式實(shí)現(xiàn)sigprocmask的不同功能，SIG_BLOCK用于添加某些信號(hào)到信號(hào)屏蔽字當(dāng)中，SIG_UNBLOCK用于移除信號(hào)屏蔽字的某些信號(hào)，SIG_SETMASK用于通過(guò)set參數(shù)將函數(shù)外sigset_t類(lèi)型的信號(hào)集 設(shè)置到 內(nèi)核中PCB里面的信號(hào)屏蔽字。如果set和oset同時(shí)為非空指針，則先將原來(lái)的信號(hào)屏蔽字(set指向的信號(hào)集)備份到oset指向的信號(hào)集里面，然后再通過(guò)how和set參數(shù)對(duì)內(nèi)核中PCB的信號(hào)屏蔽字做修改。

下面便是how參數(shù)的選項(xiàng)，其實(shí)就是宏。

2.
sigpending用于將內(nèi)核PCB中的pending位圖掩碼返回到set參數(shù)，進(jìn)行傳出。
我們可以通過(guò)這個(gè)函數(shù)取到內(nèi)核中pending信號(hào)集的內(nèi)容，將其放到用戶(hù)層set所指向的sigset_t類(lèi)型的變量里面，用戶(hù)層就可以輸出sigset_t信號(hào)集變量的內(nèi)容，進(jìn)行觀察等一系列操作。

3.上面所學(xué)接口的代碼實(shí)現(xiàn)

1.
在了解上面與信號(hào)有關(guān)的庫(kù)函數(shù)接口以及系統(tǒng)調(diào)用接口之后，我們可以來(lái)實(shí)現(xiàn)一段代碼，我們想屏蔽一下2，3號(hào)信號(hào)，此時(shí)向進(jìn)程發(fā)送對(duì)應(yīng)信號(hào)，信號(hào)一定是不被遞達(dá)的，但是pending位圖中的第2和第3個(gè)比特位一定被置為1了，我也想看看pending位圖的變化。以上現(xiàn)象我們通過(guò)代碼運(yùn)行結(jié)果來(lái)觀察。

2.
這段代碼在理解上有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是用戶(hù)層和內(nèi)核層的分辨，在開(kāi)始屏蔽數(shù)組sigarr內(nèi)部的信號(hào)之前所做的工作，其實(shí)都是在用戶(hù)層準(zhǔn)備的工作，對(duì)內(nèi)核中的block信號(hào)集，pending信號(hào)集未產(chǎn)生任何影響，第一行的signal會(huì)陷入內(nèi)核，因?yàn)樗裮yhandler的函數(shù)地址設(shè)置進(jìn)信號(hào)處理函數(shù)的方法表里面，所以進(jìn)程會(huì)陷入內(nèi)核。而其他我們定義的block oblock pending等sigset_t類(lèi)型的變量實(shí)際都是為使用系統(tǒng)調(diào)用接口做的準(zhǔn)備工作，用一些庫(kù)函數(shù)sigemptyset() sigaddset() 進(jìn)行變量的初始化，做完這些準(zhǔn)備工作之后，我們才調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用接口，比如sigprocmask將用戶(hù)層定義的block信號(hào)集設(shè)置進(jìn)內(nèi)核的信號(hào)屏蔽字當(dāng)中，讓進(jìn)程對(duì)2和3信號(hào)進(jìn)行阻塞，我們想看看在阻塞過(guò)程中，如果我們向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，進(jìn)程是否會(huì)遞達(dá)呢？并且還想看到pending信號(hào)集的變化，所以需要調(diào)用sigpending系統(tǒng)調(diào)用接口，將內(nèi)核中的pending信號(hào)集不斷的加載到用戶(hù)層的pending對(duì)象里面來(lái)，然后我們多次打印這個(gè)pending對(duì)象的內(nèi)容即可。我們當(dāng)然無(wú)法通過(guò)調(diào)用某個(gè)函數(shù)輸出pending對(duì)象內(nèi)容，但可以利用一下sigismember來(lái)判斷所有的信號(hào)是否在pending位圖中，如果是就輸出1，不是就輸出0，這樣打印出的一行結(jié)果正好就相當(dāng)于32個(gè)比特位。在10s之后，我們對(duì)信號(hào)解除阻塞，解除的方式也很簡(jiǎn)單，調(diào)用sigprocmask，將oblock的內(nèi)容設(shè)置到內(nèi)核即可，oblock中的比特位全部都是0，則相當(dāng)于解除對(duì)所有信號(hào)的屏蔽，解除屏蔽之后，此時(shí)進(jìn)程剛好處于內(nèi)核態(tài)(因?yàn)檎{(diào)用了sigprocmask系統(tǒng)調(diào)用)，檢測(cè)到有信號(hào)需要被遞達(dá)，那么直接遞達(dá)該信號(hào)即可

3.
下面來(lái)看一下代碼的運(yùn)行結(jié)果，在代碼跑起來(lái)的前10s，我利用熱鍵向進(jìn)程發(fā)送2號(hào)和3號(hào)信號(hào)，可以看到的現(xiàn)象是pending位圖的第二個(gè)比特位和第三個(gè)比特位都被置為了1，但是在這10s內(nèi)進(jìn)程不會(huì)遞達(dá)信號(hào)，等到10s過(guò)后，進(jìn)程解除所有被屏蔽的信號(hào)，此時(shí)信號(hào)會(huì)被遞達(dá)，pending位圖的所有比特位又全部變成了0.

4.sigaction和signal的區(qū)別（代碼驗(yàn)證）

1.
sigaction和signal的作用很相似，都可以用來(lái)進(jìn)行信號(hào)的捕捉，signal使用起來(lái)較為簡(jiǎn)單，只需要傳信號(hào)編號(hào)和handler函數(shù)指針即可。而sigaction從參數(shù)的命名上來(lái)看，有點(diǎn)像sigprocmask，兩者都有當(dāng)前的 和 原來(lái)的，分別通過(guò)帶old和不帶old進(jìn)行命名。

2.
與signal相同，signum為需要處理的信號(hào)的編號(hào)，所以當(dāng)調(diào)用signal或sigaction時(shí)就代表我們不想按照信號(hào)本身的默認(rèn)行為進(jìn)行信號(hào)遞達(dá)，而是想要通過(guò)自己定義的處理行為進(jìn)行信號(hào)的遞達(dá)。
若act為非空指針，則根據(jù)act修改對(duì)應(yīng)信號(hào)的處理行為。若oldact為非空指針，則通過(guò)oldact傳出內(nèi)核中對(duì)于該信號(hào)的原本的處理動(dòng)作，這個(gè)就有點(diǎn)像sigprocmask取出內(nèi)核中信號(hào)屏蔽字的過(guò)程。若oldact和act均為非空，則還是將act的處理行為備份到oldact里面，再根據(jù)act修改內(nèi)核中對(duì)應(yīng)信號(hào)的處理行為。

結(jié)構(gòu)體struct sigaction{}的定義如下圖所示（這里有點(diǎn)特殊哈，結(jié)構(gòu)體的命名和系統(tǒng)調(diào)用的命名均為sigaction，老鐵們不要混在一塊兒），其中的三個(gè)結(jié)構(gòu)體成員與普通信號(hào)無(wú)關(guān)，我們也就不用這幾個(gè)成員了，只用sa_handler和sa_mask即可，前者代表信號(hào)自定義處理行為的執(zhí)行方法，后者其實(shí)代表進(jìn)程在處理信號(hào)時(shí)，順便屏蔽的信號(hào)有哪些，將要屏蔽的信號(hào)添加到sa_mask即可。

sa_handler也可設(shè)置為宏SIG_DFL和SIG_TGN，這兩個(gè)宏其實(shí)就是整型數(shù)字強(qiáng)轉(zhuǎn)為函數(shù)指針類(lèi)型了，設(shè)置后內(nèi)核對(duì)于對(duì)應(yīng)信號(hào)的處理行為則分別為默認(rèn)和忽略。

3.
sigaction實(shí)際上是要比signal更為安全可靠的，signal具有不可靠性，比如當(dāng)前正在執(zhí)行信號(hào)處理函數(shù)，如果此時(shí)相同信號(hào)被遞達(dá)，則當(dāng)前信號(hào)處理函數(shù)會(huì)被中斷，轉(zhuǎn)而執(zhí)行新的信號(hào)處理函數(shù)，此時(shí)會(huì)新創(chuàng)建信號(hào)處理函數(shù)的函數(shù)棧幀，在新的信號(hào)處理函數(shù)執(zhí)行完后，會(huì)恢復(fù)執(zhí)行舊的信號(hào)處理函數(shù)，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為信號(hào)處理函數(shù)的嵌套執(zhí)行。如果多個(gè)相同類(lèi)型信號(hào)被遞達(dá)，則他們的處理順序是不一定的，這無(wú)法確定。
而sigaction注冊(cè)信號(hào)處理函數(shù)時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置SA_RESTART標(biāo)志來(lái)支持信號(hào)處理函數(shù)的可靠性。當(dāng)正在執(zhí)行信號(hào)處理函數(shù)時(shí)，如果相同信號(hào)被遞達(dá)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)等待當(dāng)前信號(hào)處理函數(shù)執(zhí)行完畢后再重新調(diào)用該信號(hào)處理函數(shù)，而不是選擇重新建立函數(shù)棧幀，這就保證了信號(hào)處理的可靠性。

下面代碼可以幫助我們驗(yàn)證signal信號(hào)處理的不可靠性，但是我們其實(shí)無(wú)法通過(guò)顯示器輸出的數(shù)據(jù)看到這個(gè)信號(hào)處理的不可靠性，因?yàn)榈诙螆?zhí)行handler的時(shí)候，第二個(gè)handler()函數(shù)的執(zhí)行環(huán)境與第一個(gè)handler()函數(shù)的執(zhí)行環(huán)境是不同的，包括函數(shù)的局部變量、參數(shù)、返回地址等信息都是不同的。所以第二個(gè)handler()函數(shù)輸出的消息不會(huì)重復(fù)打印，我們也就無(wú)法通過(guò)輸出信息看到內(nèi)核重新開(kāi)辟函數(shù)棧幀的現(xiàn)象了。

4.
下面代碼中，我們通過(guò)sigaction對(duì)2號(hào)信號(hào)進(jìn)行捕捉，但同時(shí)又向結(jié)構(gòu)體act的sa_mask里面設(shè)置了3號(hào)信號(hào)，這意味著在2號(hào)信號(hào)遞達(dá)處理期間，如果向進(jìn)程發(fā)送3號(hào)信號(hào)，信號(hào)也是會(huì)被阻塞的，無(wú)法被遞達(dá)。
在信號(hào)被遞達(dá)處理期間，同類(lèi)型的信號(hào)會(huì)被OS自動(dòng)添加到信號(hào)屏蔽字當(dāng)中，當(dāng)信號(hào)完成遞達(dá)后，OS會(huì)自動(dòng)解除對(duì)該信號(hào)的屏蔽。所以進(jìn)程處理同類(lèi)型信號(hào)的原則是串行的處理同類(lèi)型信號(hào)，不能遞歸式的進(jìn)行處理。

當(dāng)信號(hào)處理函數(shù)調(diào)用結(jié)束后進(jìn)行返回時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)解除對(duì)sa_mask中所有被阻塞的信號(hào)的阻塞狀態(tài)。

下面是代碼運(yùn)行結(jié)果，在信號(hào)處理期間，我們發(fā)送2號(hào)或3號(hào)信號(hào)，他們是不會(huì)被遞達(dá)的，只有遞達(dá)完當(dāng)前信號(hào)后，OS解除對(duì)于3號(hào)的阻塞，此時(shí)3號(hào)被遞達(dá)，進(jìn)程執(zhí)行3號(hào)的默認(rèn)行為，終止退出進(jìn)程。

六、補(bǔ)充知識(shí)內(nèi)容

1.可重入函數(shù)

1.
假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)全局鏈表，main函數(shù)調(diào)用了insert頭插函數(shù)，但是當(dāng)函數(shù)執(zhí)行一半的時(shí)候，還沒(méi)有執(zhí)行完剩余代碼時(shí)，此時(shí)由于硬件中斷使進(jìn)程陷入內(nèi)核，此時(shí)恰好有信號(hào)需要被遞達(dá)，進(jìn)程返回用戶(hù)態(tài)執(zhí)行handler方法，結(jié)果handler方法內(nèi)部也調(diào)用了insert頭插函數(shù)，恰好鏈表還是全局的，那么在handler內(nèi)部完成了結(jié)點(diǎn)的頭插，此時(shí)再返回內(nèi)核態(tài)，若無(wú)信號(hào)遞達(dá)，將返回用戶(hù)態(tài)恢復(fù)main函數(shù)的上下文，正好main的上下文執(zhí)行到頭插的第二行代碼，我們又調(diào)整了一下head指針的指向。此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，我們明明調(diào)用了兩次頭插函數(shù)，但鏈表只頭插了一個(gè)結(jié)點(diǎn)。

2.
像上面這樣的例子，insert被不同的執(zhí)行流調(diào)用，有可能在第一次調(diào)用還未結(jié)束時(shí)就被進(jìn)行第二次調(diào)用，我們稱(chēng)這樣的現(xiàn)象為重入。
insert函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)全局鏈表，鏈表有可能因?yàn)榘l(fā)生重入而導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤，我們稱(chēng)這樣的函數(shù)為不可重入函數(shù)。
反之，如果一個(gè)函數(shù)僅僅訪(fǎng)問(wèn)局部的變量或數(shù)據(jù)，則此函數(shù)為可重入函數(shù)，因?yàn)檫@樣的函數(shù)即使發(fā)生了重入也不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，所以我們稱(chēng)其為可重入函數(shù)。
其實(shí)訪(fǎng)問(wèn)局部變量不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題的原因還是因?yàn)椋?strong>main和handler兩個(gè)執(zhí)行流各自處于不同的堆棧空間，insert函數(shù)是兩份，你handler內(nèi)部想怎么調(diào)insert就怎么調(diào)，對(duì)我main執(zhí)行流又沒(méi)什么影響，你愛(ài)咋調(diào)咋調(diào)，反正你訪(fǎng)問(wèn)的是局部數(shù)據(jù)或變量，這都是屬于你的，而全局的數(shù)據(jù)和變量是不太一樣的，因?yàn)槲覀儍蓚€(gè)執(zhí)行流是共享這部分內(nèi)容的。

3.
如果一個(gè)函數(shù)滿(mǎn)足以下條件也是不可重入函數(shù)：
a.調(diào)用了malloc或free,因?yàn)閙alloc也是用全局鏈表來(lái)管理堆的。
b.調(diào)用了標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)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)

2.volatile關(guān)鍵字（保持內(nèi)存的可見(jiàn)性）

1.
以下代碼中，正常情況下，進(jìn)程收到2號(hào)信號(hào)時(shí)被handler方法捕捉，在handler方法里將quit置為1，當(dāng)handler執(zhí)行完畢返回的時(shí)候，while循環(huán)判斷為假，進(jìn)程代碼執(zhí)行結(jié)束，自動(dòng)退出。以上敘述情況確實(shí)正常，但當(dāng)gcc編譯時(shí)如果開(kāi)了-O3級(jí)別的優(yōu)化，并且quit全局變量沒(méi)有volatile修飾時(shí)，此時(shí)進(jìn)程的運(yùn)行結(jié)果就不盡如人意了。

2.
當(dāng)無(wú)volatile修飾quit時(shí)，即使quit已經(jīng)被改為1了，但進(jìn)程依舊沒(méi)有退出，執(zhí)行著main控制流里的while死循環(huán)代碼。當(dāng)有volatile修飾quit的時(shí)候，quit被改為1后，main控制流的while判斷為假，代碼執(zhí)行完畢，進(jìn)程退出。

3.
那到底是什么原因呢？其實(shí)本質(zhì)上和CPU的工作原理有關(guān)。
CPU的寄存器存儲(chǔ)的其實(shí)是臨時(shí)數(shù)據(jù)，當(dāng)執(zhí)行完handler后，CPU會(huì)將quit=0這一數(shù)據(jù)內(nèi)容寫(xiě)回物理內(nèi)存中，因?yàn)閷⒂?jì)算的結(jié)果寫(xiě)入寄存器是沒(méi)有意義的，寄存器只保存臨時(shí)數(shù)據(jù)，所以此時(shí)物理內(nèi)存中的quit為1，寄存器中的quit為0。
當(dāng)編譯器編譯時(shí)不開(kāi)優(yōu)化選項(xiàng)，在執(zhí)行while判斷部分代碼時(shí)，編譯器就會(huì)去物理內(nèi)存找quit的值，此時(shí)進(jìn)程就會(huì)正常退出。
而當(dāng)開(kāi)優(yōu)化選項(xiàng)時(shí)，CPU檢測(cè)到你的while循環(huán)代碼上下文并未對(duì)quit做任何修改，此時(shí)為了編譯代碼的效率，CPU就不會(huì)去物理內(nèi)存中查找quit的數(shù)據(jù)，而是直接在當(dāng)前寄存器內(nèi)部查找quit的數(shù)據(jù)，而寄存器保存的是當(dāng)進(jìn)程代碼加載進(jìn)來(lái)的時(shí)候的quit的剛開(kāi)始的數(shù)據(jù)，這個(gè)quit恰好是0，所以while判斷就一直為真，所以進(jìn)程就無(wú)法退出。

加volatile修飾代表的意思就是，無(wú)論你編譯器開(kāi)多高級(jí)別的優(yōu)化，在取數(shù)據(jù)時(shí)不要去寄存器里面拿數(shù)據(jù)，而是去內(nèi)存里面拿，這樣就不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)二義性的問(wèn)題。我們稱(chēng)volatile的這種作用為保持內(nèi)存的可見(jiàn)性。

3.SIGCHLD信號(hào)

1.
以前我們?cè)谔幚碜舆M(jìn)程退出問(wèn)題時(shí)，采用的方法就是waitpid，采用waitpid比較麻煩，很影響main控制流，比如你進(jìn)行阻塞式等待，那main控制流就得停下來(lái)等你子進(jìn)程退出，如果你非阻塞式等待，main中還需要進(jìn)行輪詢(xún)的方式一遍一遍的去檢測(cè)你子進(jìn)程是否退出。
但今天在我們學(xué)習(xí)信號(hào)之后，回收子進(jìn)程就不用那么麻煩了！實(shí)際子進(jìn)程在退出時(shí)，是會(huì)給父進(jìn)程發(fā)送17號(hào)信號(hào)SIGCHLD的，那父進(jìn)程注冊(cè)一個(gè)SIGCHLD信號(hào)的handler不就可以了嗎？這樣我父進(jìn)程就完全不用主動(dòng)的再去等子進(jìn)程了，而是當(dāng)子進(jìn)程退出的時(shí)候，直接給我父進(jìn)程發(fā)17號(hào)信號(hào)，此時(shí)代碼轉(zhuǎn)到handler控制流執(zhí)行方法即可，在handler里面進(jìn)行子進(jìn)程的等待回收。
這樣就不用讓父進(jìn)程去主動(dòng)的等子進(jìn)程，而是我父進(jìn)程該干嘛干嘛，等你子進(jìn)程退出的時(shí)候，給父進(jìn)程打個(gè)電話(huà)，告訴父進(jìn)程“我死了”，你趕快來(lái)回收我吧！

2.
在handler里面進(jìn)行子進(jìn)程等待的時(shí)候，其實(shí)要分情況的。
假如父進(jìn)程fork了大量的子進(jìn)程，子進(jìn)程在同一時(shí)刻都退出了，父進(jìn)程收到了大量的17號(hào)信號(hào)，然后進(jìn)入handler方法內(nèi)部，此時(shí)單純只進(jìn)行一次的waitpid當(dāng)然是不行的，因?yàn)檫@么多進(jìn)程都退出了，你就回收一個(gè)??？其他全變僵尸進(jìn)程了你不管?。克栽趆andler內(nèi)部要進(jìn)行while循環(huán)式的回收子進(jìn)程，我們將waitpid的第一個(gè)參數(shù)設(shè)置為-1，表示等待任意的子進(jìn)程退出。
那如果子進(jìn)程是分批退出的呢？在這種情況下，如果將waitpid設(shè)置為阻塞式等待(第三個(gè)參數(shù)傳0)，就會(huì)出問(wèn)題，比如handler此時(shí)正在阻塞式等待某一子進(jìn)程退出，但其他子進(jìn)程過(guò)了一會(huì)兒又退出了，但你父進(jìn)程此時(shí)正在阻塞啊，就無(wú)法回收其他子進(jìn)程，所以waitpid一定要設(shè)置為非阻塞式等待(第三個(gè)參數(shù)傳WNOHANG)，這樣的話(huà)如果為等待到子進(jìn)程退出，那么waitpid函數(shù)返回值就為0，此時(shí)handler內(nèi)部的循環(huán)結(jié)束，重新回到main執(zhí)行流，如果再有一批子進(jìn)程想要退出，那就再進(jìn)入handler即可。設(shè)置為非阻塞式等待就可以把任意時(shí)刻退出的任意子進(jìn)程都能夠回收了。

3.
實(shí)際上，除上面間接通過(guò)waitpid的方式回收僵尸進(jìn)程外，還可以通過(guò)父進(jìn)程調(diào)用sigaction()或者是signal()將SIGCHLD的處理動(dòng)作置為SIG_IGN，這樣fork出來(lái)的子進(jìn)程在終止時(shí)會(huì)自動(dòng)清理掉,不會(huì)產(chǎn)生僵尸進(jìn)程,也不會(huì)向父進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。
但其實(shí)SIGCHLD的默認(rèn)行為就是忽略，一般情況下，系統(tǒng)默認(rèn)的忽略和我們手動(dòng)設(shè)置的忽略，通常是沒(méi)有區(qū)別的，但這里是一個(gè)例外。操作系統(tǒng)對(duì)我們手動(dòng)設(shè)置的SIG_IGN做了特殊處理，幫我們做了回收子進(jìn)程的工作。
注意：此方法對(duì)于Linux系統(tǒng)可用，但不保證在其他UNIX系統(tǒng)上也可用，比如MAC OS 或 直接本身就是UNIX操作系統(tǒng)。

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