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Linux进程信号——信号保存

news 2025/7/26 7:40:51

目录

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

1、再次认识信号

在这篇文章中，我们将进一步补充和理解 信号传递 过程中的一些关键概念。

1.1、概念

信号传递过程：信号从产生到执行的过程可以分为三部分：

  1. 信号产生（Produce）：信号的发出有四种主要方式：键盘输入、系统调用、软件条件和硬件异常。

  2. 信号未决（Pending）：信号从产生到执行的中间状态，指信号已产生，但未被立即处理。

  3. 信号递达（Delivery）：信号递达后，进程会根据信号的处理方式来执行相应的动作。

信号阻塞（Block）：指信号在任何阶段的传递过程中，信号的处理被暂停。阻塞的信号无法继续处理，直到解除阻塞。

1.2、感性理解

可以通过网购的过程来比喻信号的传递过程：

  • 信号产生：在购物平台上完成订单（信号的产生）。

  • 信号未决：订单在运输途中（信号的未决状态）。

  • 信号递达：快递送达后，用户根据自己的情况进行处理（信号递达后的处理动作）。

  • 信号阻塞：假设快递运输中发生堵车（信号传递被阻塞）。

在购物中，我们下单后，物流信息（未决信息）会记录，但快递可能因堵车导致延迟（信号的阻塞）。而信号的递达过程就类似快递送达后用户进行处理的动作，比如默认拆快递、忽略或退货等。

1.3、在内核中的表示

对于传递中的信号来说，需要存在三种状态表达：

  1. 信号是否阻塞
  2. 信号是否未决
  3. 信号递达时的执行动作

在内核中，每个进程都需要维护这三张与信号状态有关的表：block 表、pending 表、handler 表

所谓的 block 表 和 pending 表 其实就是 位图结构

一个 整型 int 就可以表示 31 个普通信号（实时信号这里不讨论）

  • 比如 1 号信号就是位图中的 0 位置处，0 表示 未被阻塞/未产生未决，1 则表示 阻塞/未决
  • 对于信号的状态修改，其实就是修改 位图 中对应位置的值（0/1）
  • 对于多次产生的信号，只会记录一次信息（实时信号则会将冗余的信号通过队列组织）

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";elsecout << "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。

http://www.lryc.cn/news/599458.html

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