Linux网络编程【信号】2

08. 信号集

8.1 信号集概述

在PCB中有两个非常重要的信号集。一个称之为“阻塞信号集”，另一个称之为“未决信号集”。

这两个信号集都是内核使用位图机制来实现的。但操作系统不允许我们直接对其进行位操作。而需自定义另外一个集合，借助信号集操作函数来对PCB中的这两个信号集进行修改。

8.2 自定义信号集函数

为了方便对多个信号进行处理，一个用户进程常常需要对多个信号做出处理，在 Linux 系统中引入了信号集（信号的集合）。

这个信号集有点类似于我们的 QQ 群，一个个的信号相当于 QQ 群里的一个个好友。

信号集是一个能表示多个信号的数据类型，sigset_t set，set即一个信号集。既然是一个集合，就需要对集合进行添加/删除等操作。

相关函数说明如下：

#include <signal.h>  

int sigemptyset(sigset_t *set);       //将set集合置空
int sigfillset(sigset_t *set)；          //将所有信号加入set集合
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);  //将signo信号加入到set集合
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);   //从set集合中移除signo信号
int sigismember(const sigset_t *set, int signo); //判断信号是否存在

示例代码：

void show_set(sigset_t *set)
{
    for(int i=1; i<32; i++)
    {
        // 判断 SIGINT 是否在信号集 set 里
    	// 在返回 1， 不在返回 0
        if(sigismember(set,i))
        {
            printf("1");
        }
        else
        {
            printf("0");
        }
            
    }
        putchar('\n');
}

//信号处理函数
int main()
{
    sigset_t set;
    sigemptyset(&set); //清空集合
    show_set(&set);

    sigfillset(&set);//将所有的集合加入到set集合中
    show_set(&set);

    sigdelset(&set,SIGINT);//将信号2,3从集合移除
    sigdelset(&set,SIGQUIT);
    show_set(&set);

    sigaddset(&set,SIGQUIT);//将信号3加入到集合
    show_set(&set);

    return 0;
 }

运行结果：

8.3 sigprocmask函数

信号阻塞集也称信号屏蔽集、信号掩码。每个进程都有一个阻塞集，创建子进程时子进程将继承父进程的阻塞集。信号阻塞集用来描述哪些信号递送到该进程的时候被阻塞（在信号发生时记住它，直到进程准备好时再将信号通知进程）。

所谓阻塞并不是禁止传送信号, 而是暂缓信号的传送。若将被阻塞的信号从信号阻塞集中删除，且对应的信号在被阻塞时发生了，进程将会收到相应的信号。

我们可以通过 sigprocmask() 修改当前的信号掩码来改变信号的阻塞情况。

#include <signal.h>

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
功能：
    检查或修改信号阻塞集，根据 how 指定的方法对进程的阻塞集合进行修改，新的信号阻塞集由 set 指定，而原先的信号阻塞集合由 oldset 保存。

参数：
    how : 信号阻塞集合的修改方法，有 3 种情况：
        SIG_BLOCK：向信号阻塞集合中添加 set 信号集，新的信号掩码是set和旧信号掩码的并集。相当于 mask = mask|set。
        SIG_UNBLOCK：从信号阻塞集合中删除 set 信号集，从当前信号掩码中去除 set 中的信号。相当于 mask = mask & ~ set。
        SIG_SETMASK：将信号阻塞集合设为 set 信号集，相当于原来信号阻塞集的内容清空，然后按照 set 中的信号重新设置信号阻塞集。相当于mask = set。
    set : 要操作的信号集地址。
        若 set 为 NULL，则不改变信号阻塞集合，函数只把当前信号阻塞集合保存到 oldset 中。
    oldset : 保存原先信号阻塞集地址

返回值：
    成功：0，
    失败：-1，失败时错误代码只可能是 EINVAL，表示参数 how 不合法。

代码示例：

//信号处理函数1
void fun1(int signum)
{
    printf("捕捉到信号:%d\n",signum);
}
//信号处理函数2
void fun2(int signum)
{
    printf("捕捉到信号:%d\n",signum);
}
//信号屏蔽集函数
int main()
{
    //捕捉信号
    //Ctrl + C
    signal(SIGINT ,fun1);

    //Ctrl + \ a
    signal(SIGQUIT, fun2);
    
    int ret = -1;
    sigset_t set;
    sigset_t oldset;

    printf("按下任意键 阻塞信号2\n");
    getchar();

    sigemptyset(&set);//清空
    sigemptyset(&oldset);
    sigaddset(&set,SIGINT);//设置信号2

    //设置阻塞信号2
    ret = sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oldset);
    if(ret == -1)
    {
        perror("sigprocmask");
        return 1;
    }
    printf("设置屏蔽编号为2的信号成功...\n");

    printf("按任意键解除编号为2的信号阻塞...\n");
    getchar();

    //将信号屏蔽设置为原来的集合
    ret = sigprocmask(SIG_SETMASK,&oldset,NULL);
    if(ret == -1)
    {
        perror("sigprocmask");
        return 1;
    }

    printf("按任意键退出...\n");
    getchar();

    return 0;
}

运行结果：

xcc@ubuntu:~/7th$ ./a.out
按下任意键 阻塞信号2
^\捕捉到信号:3
^C捕捉到信号:2
^C捕捉到信号:2

设置屏蔽编号为2的信号成功…
按任意键解除编号为2的信号阻塞…
^C ^C ^C ^\捕捉到信号:3
^C ^C ^C ^C ^C ^C ^C
捕捉到信号:2
按任意键退出…
^C捕捉到信号:2
^C捕捉到信号:2
^\捕捉到信号:3

xcc@ubuntu:~/7th$

结论：在解除阻塞前键入多个^C也只会捕捉到键入的最后一个信号，只会捕捉一次。信号不支持排队，解除之前其余信号都会丢失。

8.4 sigpending函数

#include <signal.h>

int sigpending(sigset_t *set);
功能：读取当前进程的未决信号集
参数：
    set：未决信号集
返回值：
    成功：0
    失败：-1

示例程序:

09. 信号捕捉

9.1 信号处理方式

一个进程收到一个信号的时候，可以用如下方法进行处理：

1）执行系统默认动作

对大多数信号来说，系统默认动作是用来终止该进程。

2）忽略此信号(丢弃)

接收到此信号后没有任何动作。

3）执行自定义信号处理函数(捕获)

用用户定义的信号处理函数处理该信号。

【注意】：SIGKILL 和 SIGSTOP 不能更改信号的处理方式，因为它们向用户提供了一种使进程终止的可靠方法。(下图两种)

内核实现信号捕捉过程：

9.2 signal函数

#include <signal.h>

typedef void(*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
功能：
    注册信号处理函数（不可用于 SIGKILL、SIGSTOP 信号），即确定收到信号后处理函数的入口地址。此函数不会阻塞。

参数：
    signum：信号的编号，这里可以填数字编号，也可以填信号的宏定义，可以通过命令 kill - l("l" 为字母)进行相应查看。
    handler : 取值有 3 种情况：
          SIG_IGN：忽略该信号
          SIG_DFL：执行系统默认动作
          信号处理函数名：自定义信号处理函数，如：func
          回调函数的定义如下：
            void func(int signo)
            {
                // signo 为触发的信号，为 signal() 第一个参数的值
            }
返回值：
    成功：第一次返回 NULL，下一次返回此信号上一次注册的信号处理函数的地址。如果需要使用此返回值，必须在前面先声明此函数指针的类型。
    失败：返回 SIG_ERR

该函数由ANSI定义，由于历史原因在不同版本的Unix和不同版本的Linux中可能有不同的行为。因此应该尽量避免使用它，取而代之使用sigaction函数。

示例程序:

//信号处理函数1
void fun1(int signum)
{
    printf("捕捉到信号:%d\n",signum);
}
//信号处理函数2
void fun2(int signum)
{
    printf("捕捉到信号:%d\n",signum);
}
//信号注册函数
int main()
{
    //Ctrl + C
    signal(SIGINT ,fun1);

    //Ctrl + \ a
    signal(SIGQUIT, fun2);

    while(1);//不让程序结束

    return 0;
}

运行结果：

xcc@ubuntu:~/7th$ ./a.out
^C捕捉到信号:2
^\捕捉到信号:3
^\捕捉到信号:3
^\捕捉到信号:3
^C捕捉到信号:2
^C捕捉到信号:2
^Z
[2]+ 已停止 ./a.out

9.3 sigaction函数

#include <signal.h>

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
功能：
    检查或修改指定信号的设置（或同时执行这两种操作）。

参数：
    signum：要操作的信号。
    act：   要设置的对信号的新处理方式（传入参数）。
    oldact：原来对信号的处理方式（传出参数）。

    如果 act 指针非空，则要改变指定信号的处理方式（设置），如果 oldact 指针非空，则系统将此前指定信号的处理方式存入 oldact。

返回值：
    成功：0
    失败：-1

struct sigaction结构体：

struct sigaction {
    void(*sa_handler)(int); //旧的信号处理函数指针
    void(*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //新的信号处理函数指针
    sigset_t   sa_mask;      //信号阻塞集
    int        sa_flags;     //信号处理的方式
    void(*sa_restorer)(void); //已弃用
};

\1) sa_handler、sa_sigaction：信号处理函数指针，和 signal() 里的函数指针用法一样，应根据情况给sa_sigaction、sa_handler 两者之一赋值，其取值如下：

a) SIG_IGN：忽略该信号

b) SIG_DFL：执行系统默认动作

c) 处理函数名：自定义信号处理函数

\2) sa_mask：信号阻塞集，在信号处理函数执行过程中，临时屏蔽指定的信号。

\3) sa_flags：用于指定信号处理的行为，通常设置为0，表使用默认属性。它可以是一下值的“按位或”组合：

Ø SA_RESTART：使被信号打断的系统调用自动重新发起（已经废弃）

Ø SA_NOCLDSTOP：使父进程在它的子进程暂停或继续运行时不会收到 SIGCHLD 信号。

Ø SA_NOCLDWAIT：使父进程在它的子进程退出时不会收到 SIGCHLD 信号，这时子进程如果退出也不会成为僵尸进程。

Ø SA_NODEFER：使对信号的屏蔽无效，即在信号处理函数执行期间仍能发出这个信号。

Ø SA_RESETHAND：信号处理之后重新设置为默认的处理方式。

Ø SA_SIGINFO：使用 sa_sigaction 成员而不是 sa_handler 作为信号处理函数。