信号

• 概念
• 沿革
• 可重入性, 中断系统调用
• Linux 中的信号
• Linux 的信号实现

6.1.1  概念

• 信号是异步事件

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      * 异步/同步: 不可预见/可预见
      * 一般的 UNIX 系统有 30 或 31 个信号
      * 信号有自己的名称和对应的编号
      * 信号和异常处理机制
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• 信号的产生条件

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      * 用户在按下特定的键之后, 将向该终端上的前台进程组发送信号. 比如, Ctrl+C.
      * 硬件异常会产生信号: 比如被 0 除, 无效内存引用等.
      * kill(2) 系统调用可允许进程向其他进程或进程组发送任意信号.
      * kill(1) 命令允许用户向进程发送任意信号.
      * 软件设置的条件, 比如 SIGALARM.
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• 信号的关联动作 (action) 或信号的处置 (disposition)

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     * 忽略信号. 有两个信号永远不能忽略: SIGKILL 和 SIGSTOP, 它们为超级用户提供了
       杀死和停止进程的必要方法. 忽略硬件异常产生的信号会出现什么样的问题?
     * 捕获信号. 告诉内核在出现信号时调用我们自己定义的处理函数. 比如可以在处理
       SIGCHLD 信号时利用 waitpid 获得子进程的退出状态, 以避免生成僵尸进程.
     * 使用默认动作. 每个信号有其默认动作.
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     * 某些信号不能被忽略, 也不能被捕获.
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• POSIX 定义的信号

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         信号         值      动作     注释
         -------------------------------------------------------------------------
         SIGHUP        1        A      Hangup detected on controlling terminal
                                       or death of controlling process
         SIGINT        2        A      Interrupt from keyboard
         SIGQUIT       3        A      Quit from keyboard
         SIGILL        4        A      Illegal Instruction
         SIGABRT       6        C      Abort signal from abort(3)
         SIGFPE        8        C      Floating point exception
         SIGKILL       9       AEF     Kill signal
         SIGSEGV      11        C      Invalid memory reference
         SIGPIPE      13        A      Broken pipe: write to pipe with no readers
         SIGALRM      14        A      Timer signal from alarm(2)
         SIGTERM      15        A      Termination signal
         SIGUSR1   30,10,16     A      User-defined signal 1
         SIGUSR2   31,12,17     A      User-defined signal 2
         SIGCHLD   20,17,18     B      Child stopped or terminated
         SIGCONT   19,18,25            Continue if stopped
         SIGSTOP   17,19,23    DEF     Stop process
         SIGTSTP   18,20,24     D      Stop typed at tty
         SIGTTIN   21,21,26     D      tty input for background process
         SIGTTOU   22,22,27     D      tty output for background process
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      * 信号值是 Linux 系统在不同平台上的取值, 第一个数对 Alpha 和 Sparc 有效, 中
        间的数对 i386 和 PowerPC 有效, 最后一个数对 MIPS 有效. "-" 表现缺少该信号.
  
      * A: 默认动作是终止进程
      * B: 默认动作是忽略信号
      * C: 默认动作是 core 转储
      * D: 默认动作是停止进程
      * E: 信号不能被捕获
      * F: 信号不能被忽略
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6.1.2  沿革

• 信号出现在 UNIX 的早期版本中
• 但早期的信号模型是不可靠的, 信号可能被丢失, 也很难处理关键段
• UNIX 的两个重要分支 BSD 和 System V 分别对早期的信号进行了扩展
• 但这两个系统的扩展并不兼容
• POSIX 统一了这两种实现, 最终提供了可靠的信号模型

6.1.3  可重入性, 中断系统调用

• 可重入性的概念. 调用某个函数的过程中出现信号, 如果信号处理函数中再次调用该函数, 会出现什么样的后果?

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  可重入函数:
  
       int foo1 (int a) {
           return a*2;
       }
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  不可重入函数:
  
       void foo2 (int a) {
           static int integer [20];
           static int i;
  
           if (i > 19 )
               return;
  
           integer [i] = a;
           i ++;
       }
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• 由于 errno 的特殊性, 如果信号处理函数调用了可能会修改 errno 的函数, 则应该保存并恢复 errno 的值
• 中断系统调用 (Interrupted System Call)
• 进程调用 "慢" 系统调用时, 如果发生信号, 内核会终止系统调用, 以便让进程有机会处理信号
• 慢系统调用: 可能会永远阻塞的系统调用

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  慢系统调用的分类:
      * 从终端设备, 管道和网络设备上的文件读取.
      * 向上述文件写入.
      * 某些设备上的文件打开.
      * pause 和 wait 系统调用.
      * 某些 ioctl 操作.
      * 某些进程间通讯函数.
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• 发生中断系统调用时, 被中断的系统调用返回错误值, 而 errno 被设置为 EINTR
• BSD/Linux 对某些系统调用在发生中断系统调用时, 可自动重新启动该系统调用

6.1.4  Linux 中的信号

• Linux 除支持上述 POSIX 定义的信号外, 还支持下面的信号

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         Signal       Value     Action   Comment
         ---------------------------------------------------------------------
         SIGTRAP        5         CG     Trace/breakpoint trap
         SIGIOT         6         CG     IOT trap. A synonym for SIGABRT
         SIGEMT       7,-,7       G
         SIGBUS      10,7,10      AG     Bus error
         SIGSYS      12,-,12      G      Bad argument to routine (SVID)
         SIGSTKFLT    -,16,-      AG     Stack fault on coprocessor
         SIGURG      16,23,21     BG     Urgent condition on socket (4.2 BSD)
         SIGIO       23,29,22     AG     I/O now possible (4.2 BSD)
         SIGPOLL                  AG     A synonym for SIGIO (System V)
         SIGCLD       -,-,18      G      A synonym for SIGCHLD
         SIGXCPU     24,24,30     AG     CPU time limit exceeded (4.2 BSD)
         SIGXFSZ     25,25,31     AG     File size limit exceeded (4.2 BSD)
         SIGVTALRM   26,26,28     AG     Virtual alarm clock (4.2 BSD)
         SIGPROF     27,27,29     AG     Profile alarm clock
         SIGPWR      29,30,19     AG     Power failure (System V)
         SIGINFO      29,-,-      G      A synonym for SIGPWR
         SIGLOST      -,-,-       AG     File lock lost
         SIGWINCH    28,28,20     BG     Window resize signal (4.3 BSD, Sun)
         SIGUNUSED    -,31,-      AG     Unused signal
  -------------------------------------------------------------------------------
      * 信号值是 Linux 系统在不同平台上的取值, 第一个数对 Alpha 和 Sparc 有效, 中
        间的数对 i386 和 PowerPC 有效, 最后一个数对 MIPS 有效. "-" 表现缺少该信号.
  
      * A: 默认动作是终止进程
      * B: 默认动作是忽略信号
      * C: 默认动作是 core 转储
      * D: 默认动作是停止进程
      * E: 信号不能被捕获
      * F: 信号不能被忽略
      * G: 非 POSIX 信号
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6.1.5  Linux 的信号实现

• Linux 中没有信号的优先级
• Linux 中没有信号不排队
• i386 Linux 的每个进程有两个 32 位字, 分别表示当前挂起的信号以及阻塞信号
• 32 位字的每一位对应一个信号
• 如果产生信号, 且该信号不是 SIGKILL 或 SIGSTOP, 则当该信号没有被阻塞时才会被处理
• 否则就是挂起的 (pending) 信号
• Linux 用 sigaction 结构表示每个信号的处理方式
• 信号发生时并不会立即得到处理, Linux 在如下几种情况下才有可能处理进程的信号.

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     * 每次进程从系统调用中退出时.
     * 内核在调度程序中选择执行该进程时.
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• 如果有任何一个未被阻塞的信号发出，内核就根据 sigaction 结构数组中的信息进行处理

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      1．检查对应的 sigaction 结构，如果该信号不是 SIGKILL 或 SIGSTOP 信号，且被忽略，
         则不处理该信号。
      2．如果该信号利用默认的处理程序处理，则由内核处理该信号，否则转向第 3 步。
      3．该信号由进程自己的处理程序处理，内核将修改当前进程的调用堆栈帧，并将进程的程
         序计数寄存器修改为信号处理程序的入口地址。此后，指令将跳转到信号处理程序，当从信
         号处理程序中返回时，实际就返回了进程的用户模式部分。
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