当前位置：首页 > news >正文

Linux信号——信号的处理（3）

news 2025/4/17 11:57:01

信号是什么时候被处理？

进程从内核态，切换到用户态的时候，信号会被检测处理。
内核态：操作系统的状态，权限级别高
用户态：你自己的状态

关于内核态和用户态

进程地址空间第三谈

页表分为两部分，一个是用户级页表，一个是内核级页表。用户页表项标记为用户可访问，内核页表项标记为特权级访问，这样对于内核级的一些重要文件，用户没有权利访问，更加安全。
在这里插入图片描述

所谓的系统调用本质其实是一个函数指针数组。
在这里插入图片描述

我们使用系统调用或者访问系统数据，其实还是在我们进程的地址空间内进行跳转的。

系统调用：正文代码中使用系统调用函数，操作系统到虚拟地址空间的内核空间中找到相应的函数指针，然后到内核中访问，最后将返回值设置到正文代码。
在这里插入图片描述

进程无论如何切换，总能找到OS

我们访问OS，本质是通过我的进程的地址空间的那1GB内核空间来访问的。
不同的进程的命令行参数，栈区，堆区，初始化数据，未初始化数据，正文代码不一样，所以他们各自私有一个用户级页表，但是他们的内核空间是完全一样的，所以他们共用同一份内核级页表，都可以进行系统调用。
在这里插入图片描述

操作系统是如何运行的

信号技术本来就是通过软件的方式，来模拟的硬件中断，硬件中断是操作系统能够运行和发挥作用的关键机制之一。
硬件中断：硬件中断是由硬件设备发出的信号，用于通知CPU有重要事件需要处理。当硬件中断发生时，CPU会暂停当前执行的指令流，转而执行与该中断相关的处理程序。
OS的周期时钟中断：非常高的频率，非常短的时间，给CPU发送中断——CPU不断进程处理中断。
总结：操作系统是一个死循环，不断在接受外部的其他硬件中断。

操作系统不相信任何用户

必须要能区分当前用户的运行模式，否则用户直接访问操作系统里的各种数据，并进行修改，造成严重的安全隐患，所以就有了用户态和内核态来区分当前用户的运行模式。

CPU会对当前身份进行标识，当代码需要使用内核数据时，操作系统会对当前身份进行审核，若是0运行访问，若是3不允许访问内核。
在这里插入图片描述

信号是如何被处理？

在这里插入图片描述

在信号处理过程（捕捉）中，一共会有4次的状态切换（内核态和用户态）。

捕捉信号还有其他方式吗？

#include <signal.h>int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

参数说明
signum: 要操作的信号编号（如 SIGINT、SIGTERM 等）
act: 指向新信号动作结构的指针，如果为 NULL 则不改变当前处理方式
oldact: 输出型参数，用于保存原信号动作结构的指针，如果为 NULL 则不保存
返回值
成功时返回 0，失败时返回 -1 并设置 errno。

struct sigaction {void     (*sa_handler)(int);         // 信号处理函数void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 替代的信号处理函数sigset_t sa_mask;                    // 执行处理函数时要阻塞的信号int      sa_flags;                   // 修改行为的标志void     (*sa_restorer)(void);      
};

关于sa_mask变量

当某个信号的处理函数被调用时，内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字（屏蔽该信号）
如果我们处理完对应的信号，该信号默认也会从信号屏蔽字中进行移除。（解除屏蔽该信号）
为什么会这样？原因：不想让信号，嵌套式地对同一个信号进行捕捉处理。

用例子解释：

#include<iostream>
#include<signal.h>
void Print(sigset_t pending)
{std::cout<<" curr process pending: ";for(int sig = 31;sig > 0;sig--){if(sigismember(&pending,sig)) std::cout << "1";else std::cout <<"0";}std::cout << std::endl;
}
void handler(int signo)
{std::cout << "signal: " << signo <<std::endl;//不断获取当前进程的pending信号集并打印sigset_t pending;sigemptyset(&pending);while(true){sigpending(&pending);Print(pending);sleep(1);}
}int main()
{struct sigaction act,oact;act.sa_handler = handler;act.sa_flags = 0;sigemptyset(&act.sa_mask);sigaction(2,&act,&oact);while(true)sleep;
}

在这里插入图片描述

在调用信号处理函数时，除了当前信号被自动屏蔽外，还希望自动屏蔽另外一些信号，则要用sa_mask字段说明。
例子：

int main()
{struct sigaction act,oact;act.sa_handler = handler;act.sa_flags = 0;sigemptyset(&act.sa_mask);sigaddset(&act.sa_mask,3);sigaddset(&act.sa_mask,4);sigaddset(&act.sa_mask,5);//除了屏蔽当前正在处理的函数，还屏蔽3,4,5号信号sigaction(2,&act,&oact);while(true)sleep;
}

子进程信号版的进程退出

子进程退出，父进程不wait，子进程就会僵尸。
子进程退出，不是默默退出的，会在退出的时候，向父进程发送信号（17.SIGHLD）
如何证明？

#include<iostream>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void handler(int signo)
{std::cout <<"child quit, father get a signo: "<< signo << std::endl;
}
int main()
{signal(SIGCHLD,handler);pid_t id = fork();if(id == 0){//childint cnt = 5;while(cnt--){std::cout<<"I am child process: "<<getpid()<<std::endl;sleep(1);}std::cout<<"child process died"<<std::endl;exit(0);}//fatherwhile(true) sleep(1);return 0;
}

结果：确实子进程退出时向父进程发送了17号信号
在这里插入图片描述
所以当子进程退出时，发送17号信号，刚好我们将信号进行捕获，自定义处理信号，将该子进程进行回收，就有如下代码。

#include<iostream>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>void handler(int signo)
{std::cout <<"child quit, father get a signo: "<< signo << std::endl;
}void CleanupChild(int signo)
{//v1// if(signo == SIGCHLD)// {//     pid_t rid = waitpid(-1,nullptr, 0);//-1表示任意一个子进程//     if(rid >0)//     {//         std::cout << "wait child success: " << rid << std::endl;//     }// }//v2-同时退出一百个进程// if(signo == SIGCHLD)// {// //但是如果同时要回收100个子进程，这时pending位图中在短时间内只能保存一次信号，所以加上循环，不停的回收//     while(true)//     {//         pid_t rid = waitpid(-1,nullptr, 0);//-1：表示任意一个子进程//         if(rid >0)//         {//             std::cout << "wait child success: " << rid << std::endl;//         }//         else if(rid <= 0) break;//     }// }//v3-50个进程退出，50个进程没有退出if(signo == SIGCHLD){//但是如果同时要回收100个子进程，这时pending位图中在短时间内只能保存一次信号，所以加上循环，不停的回收while(true){pid_t rid = waitpid(-1,nullptr, WNOHANG);//-1：表示任意一个子进程//以非阻塞方式等待if(rid >0){std::cout << "wait child success: " << rid << std::endl;}else if(rid <= 0) break;}}std::cout <<"wait sub process done"<<std::endl;
}
int main()
{signal(SIGCHLD,CleanupChild);pid_t id = fork();if(id == 0){//childint cnt = 5;while(cnt--){std::cout<<"I am child process: "<<getpid()<<std::endl;sleep(1);}std::cout<<"child process died"<<std::endl;exit(0);}//fatherwhile(true) sleep(1);return 0;
}