Linux进程信号——信号保存-EW帮帮网

如何记录信号已产生 -> 未决表中对应比特位置置为 1 ？

1.假设已经获取到了信号的 pending 表
2.只需要进行位运算即可：pending |= (1 << (signo - 1))
3.其中的 signo 表示信号编号，-1 是因为信号编号从 1 开始，需要进行偏移

如果想要取消未决状态也很简单：pending &= (~(1 << (signo - 1)))
至于阻塞 block 表，与 pending 表一模一样

对于上图的解读：

1.SIGHUP 信号未被阻塞，未产生，一旦产生了该信号，pending 表对应的位置置为 1，当信号递达后，执行动作为默认
2.SIGINT 信号被阻塞，已产生，pending 表中有记录，此时信号处于阻塞状态，无法递达，一旦解除阻塞状态，信号递达后，执行动作为忽略该信号
3.SIGQUIT 信号被阻塞，未产生，即使产生了，也无法递达，除非解除阻塞状态，执行动作为自定义
阻塞 block 与未决 pending 之间并没很强的关联性，阻塞不过是信号未决的延缓剂

信号在产生之前，可以将其阻塞，信号在产生之后（未决），依然可以将其阻塞

于 handler 表是一个 函数指针表，格式为：返回值为空，参数为 int 的函数

可以看看 默认动作 SIG_DEL 和 忽略动作 SIG_IGN 的定义

/* Type of a signal handler.  */
typedef void (*__sighandler_t) (int);

/* Fake signal functions.  */
#define SIG_ERR	((__sighandler_t) -1)		/* Error return.  */
#define SIG_DFL	((__sighandler_t) 0)		/* Default action.  */
#define SIG_IGN	((__sighandler_t) 1)		/* Ignore signal.  */

默认动作就是将 0 强转为函数指针类型，忽略动作则是将 1 强转为函数指针类型，分别对应 handler 函数指针数组表中的 0、1 下标位置；除此之外，还有一个错误 SIG_ERR 表示执行动作为出错。

简单对这三张表作一个总结，task_struct 中存在：

1.block 表（位图结构）比特位的位置，表示哪一个信号；比特位的内容代表是否对应信号被阻塞
2.pending 表（位图结构）比特位的位置，表示哪一个信号；比特位的内容代表是否收到该信号
3.handler 表（函数指针数组）该数组的下标，表示信号编号；数组的特定下标的内容，表示该信号递达后的执行动作

1.4、sigset_t 信号集

无论是 block 表 还是 pending 表，都是一个位图结构，依靠 除、余 完成操作，为了确保不同平台中位图操作的兼容性，将信号操作所需要的位图结构封装成了一个结构体类型，其中是一个 无符号长整型数组

/* A `sigset_t' has a bit for each signal.  */

# define _SIGSET_NWORDS	(1024 / (8 * sizeof (unsigned long int)))
typedef struct
  {
    unsigned long int __val[_SIGSET_NWORDS];
  } __sigset_t;

#endif

注：_SIGSET_NWORDS 大小为 32，所以这是一个可以包含 32 个无符号长整型的数组，而每个无符号长整型大小为 4 字节，即 32 比特，至多可以使用 1024 个比特位

sigset_t 是信号集，其中既可以表示 block 表信息，也可以表示 pending 表信息，可以通过信号集操作函数进行获取对应的信号集信息；信号集的主要功能是表示每个信号的 “有效” 或 “无效” 状态

block 表通过信号集称为阻塞信号集或信号屏蔽字（屏蔽表示阻塞），pending 表通过信号集中称为未决信号集

如何根据 sigset_t 位图结构进行比特位的操作？

假设现在要获取第 127 个比特位
首先定位数组下标（对哪个数组操作）：127 / (8 * sizeof (unsigned long int)) = 3
求余获取比特位（对哪个比特位操作）：127 % (8 * sizeof (unsigned long int)) = 31
对比特位进行操作即可
- 假设待操作对象为 XXX
- 置 1：XXX._val[3] |= (1 << 31)
- 置 0：XXX._val[3] &= (~(1 << 31))

所以可以仅凭 sigset_t 信号集，对 1024 个比特位进行任意操作，关于位图结构的实现后续介绍

2、信号集操作函数

对于信号的产生或阻塞，实质上就是对 block 和 pending 两个表的增、删、改、查操作。

2.1、增删改查

对于位图（bit map）的增删改查操作如下：

增：| 操作，将比特位置为 1。
删：& 操作，将比特位置为 0。
改：灵活使用 | 或 & 操作。
查：判断指定比特位是否为 1。

直接操作位图并不推荐，操作系统提供了一些系统接口来对信号集进行操作。

信号集操作函数：

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set);	// 初始化信号集
int sigfillset(sigset_t *set);	// 填充信号集
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);	// 增加信号
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);	// 删除信号
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);	// 查找信号是否在信号集中

这些函数返回值为 0 表示成功，-1 表示失败，并设置错误码。

sigemptyset：初始化信号集，使信号集为空。
sigfillset：将信号集填满，即将所有信号都添加到集里。
sigaddset：将指定的信号加入信号集。
sigdelset：将指定的信号从信号集中删除。
sigismember：检查指定的信号是否在信号集内。

2.2、`sigprocmask` 函数

sigprocmask 函数用于对 block 表 进行操作，即控制信号的屏蔽状态。

sigprocmask 函数原型：

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

how：表示操作的类型，支持三种操作：
- SIG_BLOCK：将 set 信号集中的信号添加到当前进程的阻塞表（屏蔽信号）。
- SIG_UNBLOCK：解除 set 信号集中的信号的阻塞状态。
- SIG_SETMASK：将当前进程的阻塞信号表设置为 set 信号集。
set：待操作的信号集，包含待操作的信号。
oldset：保存当前进程的屏蔽信号集，操作完成后，可以用来恢复之前的状态。

示例程序 1：将 SIGINT（2号信号）信号阻塞，尝试通过键盘输入 Ctrl+C 发出信号。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;

int main() {
    sigset_t set, oset;

    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);

    sigaddset(&set, SIGINT);	// 阻塞 SIGINT 信号

    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);  // 设置当前进程的屏蔽信号集

    while (true) {
        cout << "我是一个进程，我正在运行" << endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

现象：

当 SIGINT 信号被阻塞后，进程无法接收到 Ctrl + C 产生的信号，进程将继续运行。

示例程序 2：在程序运行五秒后，解除阻塞状态。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;

int main() {
    sigset_t set, oset;

    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);

    sigaddset(&set, SIGINT);	// 阻塞 SIGINT 信号

    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);  // 设置当前进程的屏蔽信号集

    int n = 0;
    while (true) {
        if (n == 5) {
            // 解除阻塞，恢复原来的屏蔽信号集
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr);
        }

        cout << "我是一个进程，我正在运行" << endl;
        n++;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

现象：

当 SIGINT 信号被阻塞五秒钟后，解除阻塞，信号递达，程序终止。

2.3、`sigpending` 函数

sigpending 函数用于获取当前进程的 未决信号集，即当前被产生但尚未递达的信号。

sigpending 函数原型：

int sigpending(sigset_t *set);

返回值：成功返回 0，失败返回 -1 并设置错误码。

示例程序：展示进程的未决信号集。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cassert>
using namespace std;

static void DisplayPending(const sigset_t pending) {
    cout << "当前进程的 pending 表为: ";
    for (int i = 1; i < 32; i++) {
        if (sigismember(&pending, i))
            cout << "1";
        else
            cout << "0";
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    sigset_t set, oset;

    sigemptyset(&set);
    sigemptyset(&oset);

    sigaddset(&set, SIGINT);	// 阻塞 SIGINT 信号

    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset);  // 设置当前进程的屏蔽信号集

    int n = 0;
    while (true) {
        if (n == 5) {
            sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr);  // 恢复原来的屏蔽信号集
        }

        sigset_t pending;
        sigemptyset(&pending);

        int ret = sigpending(&pending);
        assert(ret == 0);
        
        DisplayPending(pending);

        n++;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

现象：

当信号发出并被阻塞时，信号会进入 未决状态。在解除阻塞后，信号会递达并处理。
sigpending 函数显示当前进程中哪些信号处于未决状态。

总结：

信号集操作：通过 sigprocmask、sigpending 等函数，可以方便地对进程的信号屏蔽（阻塞）表和未决信号集进行操作。
阻塞和未决状态：信号在阻塞期间无法递达，直到解除阻塞后，信号才会递达并处理。
sigpending 函数：提供了获取未决信号集的功能，帮助开发者查看信号是否已被阻塞并未递达。

Linux进程信号——信号保存

1、再次认识信号

1.1、概念

1.2、感性理解

1.3、在内核中的表示

1.4、sigset_t 信号集

2、信号集操作函数

2.1、增删改查

2.2、`sigprocmask` 函数

2.3、`sigpending` 函数

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