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一.概念
信号是什么？
信号是进程事件通知机制。提供了异步处理事件的方法。
在linux下输入指令kill -l，可以查看所有信号
二.产生信号的方式
-
通过终端按键，例如ctrl c，产生的就是2号信号
-
通过系统调用函数产生信号，例如kill,raise,abort
int kill(pid_t pid, int sig); 给对应进程发送对应信号，成功返回0，失败返回-1kill命令就是调用kill函数实现的
int raise(int sig);给当前进程发送对应信号，成功返回0，失败返回-1
void abort(void);给当前进程发送6号信号，一定会成功，无返回值
- 由软件条件产生信号，比如alarm
unsigned int alarm(unsigned int seconds);相当于定一个闹钟，在xx秒后给当前进程发送14号信号
该函数的返回值是以前闹钟还余留下的秒数。
意思是如果在调用alarm之前，进程已经有闹钟了，则该函数返回的是上一个闹钟剩下的时间，如果返回0，则表示上一个闹钟取消，出错返回-1
- 硬件异常产生信号，比如除0操作，非法访问，野指针等
三.信号的处理
信号有三种处理方式，但是真正在处理的时候只能选择一种。
处理方式：
1.默认（大部分进程默认都是直接终止进程），比如ctrl+c ，默认终止进程，不过ctrl+c只能终止前台进程，如果在./a.out 后加上&，那么这个进程将会在后台运行，ctrl+c是终止不掉的
2.自定义（捕捉）handler
3.忽略（不理这个信号）
重点讲一下自定义（捕捉）
自定义是用户自己定义的处理方法，当信号递达的时候，执行用户的处理方法。
设置信号处理的函数
#include <signal.h>
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
signum:信号编号
handler:是处理信号的方式，有三种选择。本质是一个函数指针
SIG_DFL:默认
SIG_IGN:忽略
自定义handler方法 typedef void (*sighandler_t)(int) 自定义函数无返回值，参数是信号编号
一个例子，对2号信号做自定义处理
代码：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void handler(int sig)
{printf("handler success!,sig:%d\n",sig);
}
int main()
{while(1){signal(2,handler);}return 0;
}
结果可以看到，ctrl+c产生的2号信号被捕捉了，那么此时ctrl+c不能终止进程了
四.发送信号的本质
从产生信号可以看到，不光系统调用可以产生信号，就连键盘输入，硬件中断都会产生信号，那么这些信号都是怎么产生的呢？
原因：在创建一个进程时，会创建PCB，PCB中有一个信号位图，可以是一个unsigned int类型，收到一个信号，OS会找到这个信号的编号，然后在位图上将该信号对应的比特位从0置1。比如说接收了一个2号信号，那么OS就会将PCB中的位图的第二个比特位从0置1，表示收到2号信号。然后再进行相对应的处理
五.信号在内核中的表示
1.block，pending，handler
信号递答：执行信号的处理动作，就是进行处理信号叫做信号递答
信号未决：信号从产生到递答的过程，就是信号收到但还没有处理叫做信号未决
信号阻塞：将一个信号阻塞（屏蔽）掉
注：
阻塞不等于忽略，只要出现信号阻塞就不会递答；忽略是对信号递答的一种处理动作。
信号没有受到阻塞可以未决，信号没有未决也可以阻塞信号,如果一个信号被阻塞了，那么如果发送这个信号就一直未决，永远不会递答，除非取消阻塞
在PCB中，信号有2个位图，分别是pending位图,表示信号是否未决，block位图，表示信号是否阻塞，和一个handler函数指针数组，表示对信号的处理动作
pending位图：表示信号是否未决。当发送一个信号时，当这个信号没有被阻塞时，就会找到该信号的编号，并在pending位图中将该信号的编号所对应的比特位从0置1，pending位图中，每一个比特位表示信号编号，比特位的内容表示该信号有没有被未决，0表示未被未决，1表示未决；发送信号的本质就是修改pending位图中的比特位内容
block位图：表示信号是否阻塞。每一个比特位表示信号的编号，比特位的内容表示该信号有没有被阻塞，0表示未被阻塞，1表示阻塞。
handler函数指针数组：表示数组的处理方式。都有默认值，如果不自定义（捕捉），就是执行默认方法，如果对某个信号实行了捕捉，那么这个信号就会执行用户自定义方法。handler数组的下标即为信号编号。
pending位图,block位图,handler数组都是一一对应的。
综上所述：当产生一个信号，OS会在PCB中找到block位图，查找该信号所在的比特位是否被阻塞，当没有被阻塞时，会将pending位图中信号所在的比特位从0置1.然后在handler数组里找到信号所对应的下标，再通过函数指针找到对应函数，执行相对应的处理方法，执行完成后，再在pending位图中信号的比特位恢复为0
2.信号集（sigset_t）
每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,阻塞也一样。所以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。
3.信号集操作函数
接下来的函数头文件全是#include <signal.h>
操作阻塞信号集和未决信号集
int sigemptyset(sigset_t*set); 将信号集的所有比特位清0
int sigfillset(sigset_t*set); 将信号集的所有比特位置1
int sigaddset(sigset_t*set,int signo); 将signo信号的比特位置1
int sigdelset(sigset_t*set,int signo); 将signo信号的比特位清0
前四个成功返回0，失败返回-1
int sigismember(const sigset_t*set,int signo); 判断signo信号是否在信号集set中
如果signo在信号集内返回1，不在返回0，失败返回-1.
操作阻塞信号集
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);改变或查看阻塞信号集。如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出。如果set是非空指针,则 更改进程的信
号屏蔽字,参数how指示如何更改。如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号 屏蔽字备份到oset里,然后
根据set和how参数更改信号屏蔽字。how的取值：
SIG_BLOCK:将set中屏蔽字的信号添加到现在的阻塞信号中
SIG_UNBLOCK:从当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号
SIG_SETMASK:设置屏蔽字为set所指向的值如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,至少将其中一个信号递
达
未决信号集
int sigpending(sigset_t *set);获取当前未决信号集，由set传出
成功返回0，失败返回-1
我们来做一个实验，我们将2号信号阻塞，然后发送2号信号，观察pending位图的变化，然后将2号信号取消阻塞，再捕捉2号信号，会出现什么效果？
代码：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void printpendingmap(sigset_t* p)
{int i =0;for(i = 1;i<=31;i++){if(sigismember(p,i))printf("1");elseprintf("0");}printf("\n");
}
void handler(int sig)
{printf("handler success.sig:\n",sig);
}
int main()
{sigset_t block,oblock;sigemptyset(&block);sigaddset(&block,2);signal(2,handler);sigprocmask(SIG_BLOCK,&block,&oblock);int count = 0;while(1){sigset_t pend;sigpending(&pend);printpendingmap(&pend);count++;sleep(1);if(count==5){sigprocmask(SIG_SETMASK,&oblock,NULL);printf("blockmap is empty!\n");break;}}
}效果
六.信号的捕捉
信号在产生时不会立即被处理，而是在合适的时候进行处理，那么什么是合适的时候的呢？
回答：在内核态切换到用户态进行处理
用户态以及内核态
在虚拟地址空间中，一共有4G，前3G是用户的内核地址空间，后1G是内核地址空间，虚拟地址空间通过页表映射到真实的物理内存上，而用户地址空间使用的页表是用户级页表的，每个进程都会保存属于自己的用户级页表，而内核地址空间使用的是内核级页表，所有进程共享内核级页表
那么如何实现信号捕捉呢？
答：当硬件中断或者有系统调用时，需要从用户态切换到内核态，进行信号的递答，如果信号的处理动作是自定义（捕捉），则需要从内核态再返回到用户态执行用户的自定义函数，执行完成后再通过系统调用再一次返回内核，如果这时候没有信号要递答了，就会从内核态返回到用户态，从上次中断的位置继续执行用户代码。整个动作涉及四次状态的转变。
上图不好记，通过下图可以可以帮助我们很轻松的记忆。
信号捕捉函数：
1.signal,上面已经讲过
2.sigaction
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
signum:信号编号
act:根据act进行信号处理动作
oldact:将原本的信号的处理工作传入里面，不关心可设为NULL
act和oldact都指向struct sigaction结构体
成功返回0，失败返回-1.
参考：
sigprocmask函数的使用
信号在内核中的表示
信号的捕捉