【Linux】信号:信号保存和处理
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目录
- 01.阻塞信号
- 信号集
- 02.捕捉信号
- sigaction
- 可重入函数
- volatile
- SIGCHLD
01.阻塞信号
- 实际执行信号的处理动作称为信号递达:每个信号都有一个默认行为,例如终止进程、忽略信号或生成 Core Dump,进程可以为信号注册自定义处理函数
- 信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)
- 进程可以选择阻塞 (Block )某个信号:被阻塞的信号产生时将一直保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作
- 忽略信号:信号递达后,进程选择不采取任何行动
- 注意,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作
如果一个信号阻塞了,和它有没有未决没有关系
signal(2,handler);
signal(2,SIG_IGN);
signal(2,SIG_DFL);
三种处理方式:自定义捕捉,忽略信号,默认行为
pending位图表(32位),比特位的位置:代表信号编号,比特位的内容:代表信号是否收到
handler信号处理表:一个数组,其中每个条目对应一个信号编号,并记录该信号的处理方式
block位图表:与pending类型一样,比特位位置代表信号编号,内容代表信号是否阻塞
每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作
SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
sighandler_t就是函数指针类型,handler表就是一个函数指针数组
每一个信号的编号,相当于该数组的下标
signal(2,handler)就是找到2号信号函数指针数组的索引,传入我们自己写的handler函数的地址
信号集
从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。 阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略
sigset_t
的定义
sigset_t
是一个不透明的数据类型,通常定义为一个位掩码。具体实现可能因操作系统而异,但它的本质是一个整数或结构体,用于存储信号的状态。
在 Linux 中,sigset_t
通常定义如下:
typedef struct {unsigned long sig[NSIG / (8 * sizeof(unsigned long))];
} sigset_t;
其中,NSIG
是系统中信号的总数。
sigset_t
主要用于以下系统调用:
• 阻塞信号:sigprocmask()
使用 sigset_t
来设置或修改进程的信号掩码。
• 检查挂起信号:sigpending()
使用 sigset_t
来获取当前挂起的信号集。
• 设置信号处理函数:sigaction()
使用 sigset_t
来指定在信号处理函数执行期间需要阻塞的信号。
操作 sigset_t
的函数
以下是一些用于操作 sigset_t
的函数:
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);
函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含任何有效信号。
函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位(置一),表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
注意,在使用sigset_ t类型的变量之前,一定要调 用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset
和sigdelset
在该信号集中添加或删除某种有效信号
这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包含
某种 信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1
sigprocmask
调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)
#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
返回值:若成功则为0,若出错则为-1
how取值
sigpending
#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t *set);
获取当前进程的未决信号集,通过set参数传出,pending表的内容是由内核根据信号的发送和阻塞状态自动管理的,因此不需要提供直接修改挂起信号表的系统调用,这里set为输出型参数
sigpending() 会将内核中保存的挂起信号数据复制到用户提供的 sigset_t 变量中
示例
以下是一个使用 sigset_t
的示例,展示了如何阻塞和解除阻塞信号:
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <signal.h>using namespace std;// 信号处理函数
void handler(int signum) {cout << "Caught SIGINT (signal number: " << signum << ")" << endl;
}int main() {// 注册信号处理函数signal(SIGINT, handler);// 保存旧的信号掩码sigset_t oldset;// 阻塞 SIGINT 信号sigset_t mask;sigemptyset(&mask);sigaddset(&mask, SIGINT);if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &oldset) == -1) {perror("sigprocmask");return 1;}cout << "SIGINT is blocked. Press Ctrl+C within 5 seconds to send SIGINT." << endl;sleep(5);// 检查挂起的信号sigset_t pending;if (sigpending(&pending) == -1) {perror("sigpending");return 1;}if (sigismember(&pending, SIGINT)) {cout << "SIGINT is pending." << endl;} else {cout << "SIGINT is not pending." << endl;}// 恢复旧的信号掩码if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldset, NULL) == -1) {perror("sigprocmask");return 1;}cout << "SIGINT is unblocked. Pending signal will be handled." << endl;return 0;
}
这里来处理二号信号
oldset 是一个 sigset_t 类型的指针,用于保存当前的信号掩码,如果需要恢复之前的信号掩码,可以将 oldset 传递给 sigprocmask()
pending位图对应的信号清零是在递达之前清零的
02.捕捉信号
信号可能不会立即被处理,在合适的时候进行处理:进程从内核态返回到用户态的时候进行处理
操作系统不能直接转过去执行用户提供的handler方法,必须使用用户身份来执行handler
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:用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler。 当前正在执行main函数,这时发生中断或异常切换到内核态。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。 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,它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。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。如果没有新的信号要递达,这次再返回用户态就是恢复main函数的上下文继续执行了
内核态是 CPU 的一种运行模式,在这种模式下:
• 代码可以执行所有特权指令(如直接操作硬件、修改内存管理单元等)。
• 可以访问整个系统的内存空间(包括用户空间和内核空间)。
• 操作系统内核运行在内核态,负责管理硬件资源、进程调度、内存管理等核心功能。
特性 | 内核态 | 用户态 |
---|---|---|
权限 | 最高权限,可以执行所有指令 | 受限权限,只能执行非特权指令 |
内存访问 | 可以访问整个系统的内存空间 | 只能访问用户空间的内存 |
硬件访问 | 可以直接操作硬件 | 不能直接操作硬件,必须通过系统调用 |
运行代码 | 操作系统内核代码 | 用户程序代码 |
安全性 | 不受限制,可能影响系统稳定性 | 受限制,不会直接破坏系统 |
用户程序通常运行在用户态,当需要执行特权操作时,必须通过 系统调用(System Call) 切换到内核态。
为了确保系统的安全性和稳定性,操作系统通过以下方式隔离内核态和用户态:
• 特权级别:CPU 提供了不同的特权级别(如 x86 架构的 Ring 0 和 Ring 3),内核态运行在最高特权级别(Ring 0),用户态运行在最低特权级别(Ring 3)。
• 内存保护:通过内存管理单元(MMU)隔离用户空间和内核空间,防止用户程序访问内核内存。
• 系统调用接口:用户程序必须通过系统调用接口访问内核功能,不能直接执行特权指令。
0-3GB是给用户用的,有用户级页表,3-4有内核级页表,核心工作时将内核地址空间和操作系统之间进行映射的
意味着操作系统本身就在我们的地址空间中
进程中,用户级页表有很多份,但是内核级页表只有一份,我们通过访问3-4的地址空间可以找到OS所有代码和数据
我们访问操作系统,其实还是在我们的地址空间中进行的,和我们访问库函数没区别
用户访问3-4地址空间,只能通过系统调用
键盘输入数据会向cpu发送硬件中断,内存加载时会加载函数指针数组,有的会被预先加载,比如有读磁盘的,读网卡的,每一种设备有自己的中断号,终端号就是该数组的数组下标。开机的时候,操作系统先把这张表加载到内存
cpu执行的代码就是OS的代码,把数据从外设读到内存,键盘有数据会通过硬件中断告诉cpu,cpu得到中断号来执行操作系统方法
我们学习的信号就是模拟中断实现的
操作系统本质就是一个死循环+时钟中断 不断调度系统的任务的
sigaction
前面我们用signal进行捕捉
#include <signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);
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act修改该信号的处理动作。若oact指针非 空,则通过oact传出该信号原来的处理动作。act和oact指向sigaction结构体
struct sigaction {void (*sa_handler)(int); // 信号处理函数void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 高级信号处理函数sigset_t sa_mask; // 阻塞的信号集int sa_flags; // 标志位void (*sa_restorer)(void); // 未使用
};
sigaction()
的使用步骤
(1)定义信号处理函数
编写一个函数来处理信号,例如:
void handler(int signum) {printf("Caught signal %d\n", signum);
}
(2)设置 struct sigaction
初始化 struct sigaction
结构体,指定信号处理函数和其他行为:
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = handler; // 指定信号处理函数
sigemptyset(&sa.sa_mask); // 清空阻塞信号集
sa.sa_flags = 0; // 无特殊标志
(3)调用 sigaction()
调用 sigaction()
设置信号处理行为:
if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {perror("sigaction");return 1;
}
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>// 信号处理函数
void handler(int signum) {printf("Caught signal %d\n", signum);
}int main() {// 设置信号处理行为struct sigaction sa;sa.sa_handler = handler; // 指定信号处理函数sigemptyset(&sa.sa_mask); // 清空阻塞信号集sa.sa_flags = 0; // 无特殊标志if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {perror("sigaction");return 1;}printf("Press Ctrl+C to send SIGINT.\n");while (1) {sleep(1);}return 0;
}
如果当前正在对2号信号进行处理。默认2号信号会被自动屏蔽,对2号信号处理完成的时候,会自动解除对二号信号的屏蔽
可重入函数
可重入函数是指在执行过程中可以被中断,并且在中断后再次调用时仍能正确执行的函数
main函数调用insert函数向一个链表head中插入节点node1,插入操作分为两步,刚做完第一步的 时候,因为硬件中断使进程切换到内核,再次回用户态之前检查到有信号待处理,于是切换 到sighandler函数,sighandler也调用insert函数向同一个链表head中插入节点node2,插入操作的 两步都做完之后从sighandler返回内核态,再次回到用户态就从main函数调用的insert函数中继续 往下执行,先前做第一步之后被打断,现在继续做完第二步。结果是,main函数和sighandler先后 向链表中插入两个节点,而最后只有一个节点真正插入链表中了。
像上例这样,insert函数被不同的控制流程调用,有可能在第一次调用还没返回时就再次进入该函数,这称为重入,insert函数访问一个全局链表,有可能因为重入而造成错乱,像这样的函数称为不可重入函数,反之,如果一个函数只访问自己的局部变量或参数,则称为可重入(Reentrant) 函数。想一下,为什么两个不同的控制流程调用同一个函数,访问它的同一个局部变量或参数就不会造成错乱?
如果一个函数符合以下条件之一则是不可重入的:
- 调用了malloc或free,因为malloc也是用全局链表来管理堆的。
- 调用了标准I/O库函数。标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构
volatile
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
int flag = 0;
void handler(int sig)
{printf("chage flag 0 to 1\n");flag = 1;
}
int main()
{signal(2, handler);while(!flag);printf("process quit normal\n");return 0;
}
标准情况下,键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉,执行自定义动作,修改 flag=1 , while 条件不满足,退出循环,进程退出
^Cchage flag 0 to 1
^Cchage flag 0 to 1
^Cchage flag 0 to 1
优化情况下,键入 CTRL-C ,2号信号被捕捉,执行自定义动作,修改 flag=1 ,但是 while 条件依旧满足,进程继续运行!但是很明显flag肯定已经被修改了,但是为何循环依旧执行?很明显, while 循环检查的flag,并不是内存中最新的flag,这就存在了数据二异性的问题。 while 检测的flag其实已经因为优化,被放在了CPU寄存器当中。如何解决呢?很明显需要 volatile
volatile 作用:保持内存的可见性,告知编译器,被该关键字修饰的变量,不允许被优化,对该变量的任何操作,都必须在真实的内存中进行操作
SIGCHLD
进程一章讲过用wait和waitpid函数清理僵尸进程,父进程可以阻塞等待子进程结束,也可以非阻塞地查询是否有子进程结束等待清理(也就是轮询的方式)。采用第一种方式,父进程阻塞了就不 能处理自己的工作了;采用第二种方式,父进程在处理自己的工作的同时还要记得时不时地轮询一 下,程序实现复杂。其实,子进程在终止时会给父进程发SIGCHLD信号,该信号的默认处理动作是忽略,父进程可以自定义SIGCHLD信号的处理函数,这样父进程只需专心处理自己的工作,不必关心子进程了,子进程 终止时会通知父进程,父进程在信号处理函数中调用wait清理子进程即可
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
void handler(int sig)
{pid_t id;while ((id = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0){printf("wait child success: %d\n", id);}printf("child is quit! %d\n", getpid());
}
int main()
{signal(SIGCHLD, handler);pid_t cid;if ((cid = fork()) == 0){ // childprintf("child : %d\n", getpid());sleep(3);exit(1);}while (1){printf("father proc is doing some thing!\n");sleep(1);}return 0;
}
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文章目录 一、Visual Studio Code下载二、汉化三、常用组件1、Auto Rename Tag2、view-in-browser3、Live Server 四、基本操作五、感谢观看! 一、Visual Studio Code下载 下载官网:https://code.visualstudio.com/ 进入官网后点击右上角的Download &…...
datetime“陷阱”与救赎:扒“时间差值”证道
时间工具陷阱,其实是工具引用的误解。 笔记模板由python脚本于2025-03-23 23:32:58创建,本篇笔记适合时间工具研究的coder翻阅。 【学习的细节是欢悦的历程】 博客的核心价值:在于输出思考与经验,而不仅仅是知识的简单复述。 Pyth…...
3DMAX曲线生成器插件CurveGenerator使用方法
1. 脚本功能简介 3DMAX曲线生成器插件CurveGenerator是一个用于 3ds Max 的样条线生成工具,用户可以通过简单的UI界面输入参数,快速生成多条样条线。每条样条线的高度值随机生成,且可以自定义以下参数: 顶点数量:每条…...
Apache漏洞再现
CVE-2021-41773路径穿越漏洞 1、开环境 sudo docker pull blueteamsteve/cve-2021-41773:no-cgid sudo docker run -dit -p 8082:80 blueteamsteve/cve-2021-41773:no-cgid 2、访问8082端口 3、打开工具 4、输入网址,检测漏洞...
git,openpnp - 根据安装程序打包名称找到对应的源码版本
文章目录 git,openpnp - 根据安装程序打包名称找到对应的源码版本概述笔记备注 - 提交时间不可以作为查找提交记录的依据END git,openpnp - 根据安装程序打包名称找到对应的源码版本 概述 想在openpnp官方最新稳定版上改一改,首先就得知道官方打包的安装程序对应的…...
SQL Server查询计划操作符(7.3)——查询计划相关操作符(11)
7.3. 查询计划相关操作符 98)Table Scan:该操作符从查询计划参数列确定的表中获取所有数据行。如果其参数列中出现WHERE:()谓词,则只返回满足该谓词的数据行。该操作符为逻辑操作符和物理操作符。该操作符具体如图7.3-98节点1所示。 图 7.3-…...