OS>>信号的产生,信号的保存,信号的捕捉
创始人
2024-04-06 21:01:34

文章目录

  • 背景
  • 信号种类
  • 信号捕捉
    • signal
  • 事后调试
    • ulimit
  • kill命令模拟
  • 信号产生
  • 信号的保存
    • 信号递达
    • 信号未决
    • 信号阻塞/屏蔽
    • 操作
      • block表的操作
      • pending表的操作
    • handler表操作
  • 信号捕捉
    • 内核态与用户态
    • 信号递达
  • 信号总结

请添加图片描述

背景

  1. 对信号的处理的方式是早于信号的生成
  2. 没有任何行为在不贯彻OS的情况下,可以对内核数据结构进行访问。因此无论是以什么方式产生的信号,最终都是要通过OS传递给进程,
  3. 信号是一种异步通信方式,即信号可以在进程生命周期的任意时刻发送,可能因为当前进程正在处理某个任务而暂时搁置对信号的处理
  4. 信号是一种触发条件,对其的处理动作(函数),一定已经内置在OS内核中
  5. 即使进程接受了信号,也会因为当前的任务而搁置对信号的处理,最后在合适的时候去处理这个信号,这个时机是内核态到用户态转换的是时候。
  6. 进程奔溃的本质是收到了相应的信号,执行了相应的默认动作,杀死了进程

信号种类

在这里插入图片描述

  1. 1~31为普通信号,34 ~64为实时信号。

  2. 9号信号不可被自定义捕捉,不可被屏蔽,这是一种OS的保护机制

信号捕捉

一般而言信号的处理有3种方式:

  1. 默认动作,由OS内核提供的对该信号捕捉后的处理行为
  2. 忽略,OS捕捉了该信号,但是不做任何的处理行为
  3. 自定义动作,由用户通过使用signal函数修改OS捕捉该信号的行为为自定义的地址。

signal

#include 
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
  1. 修改OS采取的默认行为,为自定义的行为;只有当信号递达时,才会采取相应的行为。
  2. signal内部会回调 handler函数,并个handler传递signum;
  3. 本质上是修改函数指针数组中的元素。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WG7OrsNe-1668181890657)(./%E4%BF%A1%E5%8F%B7.assets/image-20221110122209599.png)]

事后调试

.1. 在linux中,当一个进程退出的时候,它的退出码和退出信号都会被设置。

  1. 如果需要,OS会设置退出信息中的core dump标志位,将进程中的数据传储到磁盘中,方便后期调试。

  2. 一般core dump 标志位是不被设置的,可以通过 ulimit -a 查看是否设置

  3. 进程如果异常退出,会生成一个core.pid的文件,但是并不是所有的异常都会生成core.pid文件,如9号信号

  4. core dump文件可以帮助确定代码错误的地方,这称为事后调试

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UbkNdF2r-1668181890658)(./%E4%BF%A1%E5%8F%B7.assets/image-20221110140808177.png)]

ulimit

  1. ulimit -a查看 core dump 是否设置

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-T8rRuqfk-1668181890660)(./%E4%BF%A1%E5%8F%B7.assets/image-20221110132215269-1668057736196-3.png)]

  1. ulimit -选项 +数据

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0v8bk3pu-1668181890662)(./%E4%BF%A1%E5%8F%B7.assets/image-20221110132504806.png)]

kill命令模拟

用户层调用kill函数,底层扔会转移到OS方面发送信息

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gsg3pJw0-1668181890664)(./%E4%BF%A1%E5%8F%B7.assets/image-20221110145421035.png)]

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
void Usage(const char *proc)
{printf("Please Usage : %s -signo  who \n", proc);
}
// ./test signo who
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){Usage(argv[0]);return 1;}int signo = atoi(argv[1]+1);int who = atoi(argv[2]);kill(who,signo );//用户层调用kill函数,底层扔会转移到OS方面发送信息printf("signo %d who %d\n", signo, who);    
}

信号产生

  1. 站在进程的内外去分析信号产生的方式

  2. 无论什么产生方式,最终都会转为OS向进程发送信号,因为任何行为都不能越过OS,去访问内核数据

信号的保存

  1. OS向进程发送了信号,但是进程可能会忙于自己的任何无法即可响应这个信号,因此在进程PCB中有必要需要一个保存信号的容器

  2. 每个信号都要其对应的信号码,OS内核中采取位图来标识是否收到信号,对于多个重复信号只响应一个

  3. 关于信号的保存相关的容器有3个:block,pending,handler表

  4. block和pending都是一种由OS内核提供的位图结构,handler是函数指针数组表

  5. block是阻塞又叫信号屏蔽字,用于表明是否阻塞某个信号

  6. pending(未决表),用于存放没有被递达的信号,每个比特位表示是否保存某个信号

  7. handler:函数指针表;信号递达时的处理动作:默认,忽略,自定义,其中默认是对0的函数指针强转,忽略是1的函数指针强转

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-u8isvTUi-1668181890666)(./%E4%BF%A1%E5%8F%B7.assets/image-20221111190132844.png)]

  8. 依据这三个表产生3种转态:信号递达,信号未决,信号阻塞

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jDP60DEV-1668181890668)(./%E4%BF%A1%E5%8F%B7.assets/image-20221111185815458.png)]

信号递达

实际执行信号的处理动作叫信号递达

动作有:默认,忽略,自定义捕捉

信号未决

  1. 信号从产生到递达之间的转态也就是信号只是被保存了,并没有立即响应,称为信号未决。
  2. 处于未决,可能一会就可以递达,也可以因阻塞,直到取消阻塞才能递达

信号阻塞/屏蔽

进程暂时屏蔽某种信号,也称为信号阻塞;

阻塞2个情况:

  1. 当信号第一次来的时候,保存信号,但是阻塞其递达

  2. 当进程需要信号递达时,阻塞其递达

操作

block和pending是由内核提供的一种位图数据结构,这个内核数据结构类型是sigset_t

#include 
//初始化
int sigemptyset(sigset_t *set);//位图全部置为0
int sigfillset(sigset_t *set);//位图全部置1
//添加
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);//向位图中添加一个信号,即信号对应位置1
//删除
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);//将某个信号位置0
//查找
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);//判断某个信号是否存在set中

block表的操作

sigprocmask修改的是block表

#include 
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
//oldset用于接收老的block中的数据
int how注意
SIG_SETMASK将set信号赋值到block中赋值,用的比较多
SIG_BLOCK将set中的信号添加到block中是添加,不是赋值
SIG_UNBLOCK从block中去除set中的信号

在这里插入图片描述

void ShowSet(sigset_t *set)
{    for(int i=1;i<32;++i){if(sigismember(set,i)){printf("1");}else{printf("0");}}cout<

pending表的操作

对于pending,OS只允许我们获取pending表中的内容,对于信号的保存的由OS负责。

#include 
//获取pending位图中的内容
int sigpending(sigset_t *se);

在这里插入图片描述

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include using namespace std;
void ShowSet(sigset_t *set)
{printf("cur pending process:");for (int i = 1; i < 32; ++i){if (sigismember(set, i)){printf("1");}else{printf("0");}}cout << endl;
}
void handler(int signo)
{sigset_t oset;sigpending(&oset);ShowSet(&oset);sleep(1);// exit(1);
}
int main()
{signal(2, handler);sigset_t iset; //输入参数sigset_t oset; //输出参数sigemptyset(&iset);sigemptyset(&oset);sigaddset(&iset, 2);// sigaddset(&iset,3);// sigaddset(&iset,9);sigprocmask(SIG_SETMASK, &iset, &oset);int cnt = 0;while (1){sigset_t tmp;sigemptyset(&tmp);sigpending(&tmp);ShowSet(&tmp);sleep(1);++cnt;if (cnt == 10){printf("恢复2号\n");sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &iset, NULL);//break;// cnt=0;}}return 0;
}

handler表操作

  1. handler表就是一个函数指针数组。
  2. signal和 sigaction都可以对handler表进行修改
#include 
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
#include 
struct sigaction {void     (*sa_handler)(int);//这个就是函数指针void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);sigset_t   sa_mask;int        sa_flags;void     (*sa_restorer)(void);};
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

sa_handler :函数指针

sa_mask:用与当进行信号处理动作时,屏蔽其他信号的一种内核位图结构

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,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字,这样就保证了在处理某个信号时,如果这种信号再次产生,那么 它会被阻塞到当前处理结束为止。 如果在调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还希望自动屏蔽另外一些信号,则用sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字 。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MEaj671H-1668181890671)(./%E4%BF%A1%E5%8F%B7.assets/image-20221111235026908.png)]

void handler(int signo)
{while(1){printf("get a signo %d\n",signo);//printf函数底层会用到OS内核的write函数,也就是说其会从用户态转到内核态//如果检测到其它信号就会递达sleep(1);}
}
int main()
{
// struct sigaction {
//                void     (*sa_handler)(int);
//                void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
//                sigset_t   sa_mask;
//                int        sa_flags;
//                void     (*sa_restorer)(void);
//            };//signal(2,handler);struct sigaction act;memset(&act,0,sizeof(struct sigaction));act.sa_handler=handler; //添加屏蔽信号// sigemptyset(&act.sa_mask);// sigaddset(&act.sa_mask,3);// sigprocmask(SIG_BLOCK,&act.sa_mask,NULL);sigaction(2,&act,NULL);while(1){printf("hello word\n");sleep(1);}return 0;
}

信号捕捉

  1. 进程从内核态向用户态的转换时,进行信号检测,发生信号递达
  2. 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,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字,这样就保证了在处理某个信号时,如果这种信号再次产生,那么 它会被阻塞到当前处理结束为止。

内核态与用户态

在这里插入图片描述

  1. 电脑启动,OS也要启动,OS能被启动的原因就是电脑会自动到内核代码与数据区,执行相应的启动代码
  2. 通过内核页表,执行内核代码时,处于内核转态;通过用户级页表执行用户代码时,处于用户态;这通过CPU中的一种状态寄存器进行区分。
  3. 其实很多的库函数(printf)都是对内核代码的封装(像数学相关的函数sin,cos等就不是,其直接使用CPU进行计算),系统调用函数更是。要想执行这些函数,必须由用户身份转换到内核身份才能使用内核函数、代码与数据。
  4. . 状态的改变本质是权限的改变,只有具有的内核权限才能执行内存代码。
  5. .使用的进程都共用同一套内核代码,这保证了无论进程怎么被调度都不会影响对内核代码的使用

信号递达

信号的捕捉发生在:进程从内核态到用户态的转换时,OS会进行信号检测,如果有信号就递达即捕捉信号。递达的方式:默认,忽略,自定义方式;如果使用自定义方式,会转换为用户态,之后会进入内核态,再次检测信号,直到递达结束,返回用户态。会呈现以下图片

在这里插入图片描述

信号总结

  1. 信号的产生方式很多,但最终只能通过OS向进程传递信号,对于信号的不能立即递达的信号,会被保存在pending表中,是否能被递达看的是block阻塞表,递达方式看的是handler表。

  2. 当进程从内核态返回到用户态时,OS会进行信号检测来决定是否递达某些信号。

  3. 对于普通信号,不会保存后续的重复信号,对于实时信号,采用链表保存重复的信号

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