Unix/Linux系统编程第六章学习笔记

作者：20191322wyl

• Unix/Linux系统编程第六章学习笔记
  • 知识点总结
    • 信号和终端
    • Unix/Linux信号示例
    • Unix/Linux信号处理
      • (1)信号类型
      • 信号的来源
    • 信号处理步骤
    • 信号与异常
  • Linux中的IPC
  • 实践过程与问题解决

知识点总结

信号和终端

信号：发送给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理

中断：从I/O设备或协处理器发送到CPU的外部请求，它将CPU从正常执行转移到中断处理

中断主要分类：

• 人员中断
• 进程中断
• 硬件中断
• 进程的陷阱错误

Unix/Linux信号示例

• Ctrl+C：当前运行的进程终止。生成一个键盘硬件中断。键盘中断处理程序将"Ctrl+C"组合键转换为SIDINT(2)信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输入的进程。
• nohup a.out&：在后台运行一个程序，即使用户推出后，进程仍然继续执行。
• kill pid (or kill -s 9 pid)：用户再次登录时也许会发现(通过ps-u LTD)后台进程仍在运行。用户可以使用sh命令kill pid (or kill -s 9 pid)杀死该进程。

Unix/Linux信号处理

(1)信号类型

#define SIGHUP 1 
        #define SIGINT 2 
        #define SIGQUIT 3 
        #define SIGILL 4 
        #define SIGTRAP 5     
        #define SIGABRT 6 
        #define SIGIOT 6 
        #define SIGBUS 7 
        #define SIGFPE 8     
        #define SIGKILL 9 
        #define SIGUSR1 10 
        #define SIGSEGV 11 
        #define SIGUSR2 12 
        #define SIGPIPE 13 
        #define SIGALRM 14 
        #define SIGTERM 15 
        #define SIGSTKFLT 16 
        #define SIGCHLD 17 
        #define SIGCONT 18 
        #define SIGSTOP 19 
        #define SIGTSTP 20 
        #define STGTTTN 21 
        #define SIGTTOU 22 
        #define SIGURG 23 
        #define SIGXCPU 24 
        #define SIGXFSZ 25 
        #define SIGVTALRM 26 
        #define SIGPROF 27 
        #define SIGWINCH 28 
        #define SIGPOLL 29 
        #define SIGPWR 30 
        #define SIGSYS 31

信号的来源

• 来自硬件中断的信号：在进程执行过程中，一些硬件中断被转换为信号发送给进程。
• 来自异常的信号：当用户模式下的进程遇到异常时，会陷入内核模式，生成一个信号，并发送给自己。
• 来自其他进程的信号：进程可使用kill(pid, sig)系统调用向pid标识的目标进程发送信号。

信号处理步骤

1. 当某进程处于内核模式时，会检查信号并处理未完成的信号。如果某信号有用户安装的捕捉函数，该进程会先清除信号，获取捕捉函数地址，对于大多数陷阱信号，则将已安装的捕捉函数重置为DEFault。然后，它会在用户模式下返回，以执行捅捉函数，以这种方式篡改返回路径。当捕捉函数结束时，它会返回到最初的中断点，即它最后进入内核模式的地方。因此，该进程会先迁回执行捕捉函数，然后再恢复正常执行。
2. 重置用户安装的信号捕捉函数:用户安装的陷阱相关信号捕捉函数用于处理用户代码中的陷阱错误。由于捕捉函数也在用户模式下执行，因此可能会再次出现同样的错误。如果是这样，该进程最终会陷入无限循环，一直在用户模式和内核模式之间跳跃。为了防止这种情况，Unix内核通常会在允许进程执行捕捉函数之前先将处理函数重置为DEFault。这意味着用户安装的捕捉函数只对首次出现的信号有效。若要捕捉再次出现的同一信号，则必须重新安装捕捉函数。但是，用户安装的信号捕捉函数的处理方法并不都一样，在不同 Unix版本中会有所不同。例如，在 BSD Unix中，信号处理函数不会被重置，但是该信号在执行信号捕捉函数时会被阻塞。感兴趣的读者可参考关于Lioux信号和 sigaction函数的手册页，以了解更多详细信息。
3. 信号和唤醒:在Unix/Linux内核中有两种SLEEP进程;深度休眠进程和浅度休眠进程。前一种进程不可中断，而后一种进程可由信号中断。如果某进程处于不可中断的SLEEP状态,到达的信号(必须来自硬件中断或其他进程)不会唤醒进程。如果它处于可中断的SLEEP状态，到达的信号将会唤醒它。例如，当某进程等待终端输入时，它会以低优先级休眠，这种休眠是可中断的,SIGINT这类信号即可唤醒它。

信号与异常

1. 作为进程异常的统一处理方法：当进程遇到异常时，它会陷入内核模式，将陷阱原因 转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在内核模式下发生异常，内核只打印一 条PANIC错误消息，然后就停止了。如果在用户模式下发生异常，则进程通常会终 止，并以内存转储进行调试。
2. 让进程通过预先安装的信号捕捉函数处理用户模式下的程序错误。这类似于MVS [IBM MVS]中的 ESPIE 宏。
3. 在特殊情况下，它会让某个进程通过信号杀死另一个进程。注意，这里所说的杀死并 不是直接杀死某个进程.而只是向目标进程发出“死亡”请求 为什么我们不直接杀 死某个进程呢？(提示：瑞士银行有大量无人认领的匿名账户。)

Linux中的IPC

IPC是指用于进程间通信的机制。在Linux中，IPC包含以下组成部分

• 管道和FIFO
• 信号
• System V IPC
• POSIX消息队列
• 线程同步机制
• 套接字

实践过程与问题解决

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
#include <string.h>
jmp_buf env;
int count = 0;
void handler(int sig, siginfo_t *siginfo, void *context)
{
    printf("handler: sig=%d from PID=%d UID=%d count=%d\n",
           sig, siginfo->si_pid, siginfo->si_uid, ++count);
    if (count >= 4) // let it occur up to 4 times
        longjmp(env, 1234);
}
int BAD()
{
    int *ip = 0;
    printf("in BAD(): try to dereference NULL pointer\n");
    *ip = 123; // dereference a NULL pointer
    printf("should not see this line\n");
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int r;
    struct sigaction act;
    memset(&act, 0, sizeof(act));
    act.sa_sigaction = &handler;
    act.sa_flags = SA_SIGINFO;
    sigaction(SIGSEGV, &act, NULL);
    if ((r = setjmp(env)) == 0)
        BAD();
    else
        printf("proc %d survived SEGMENTATION FAULT: r=%d\n", getpid(), r);

    printf("proc %d looping\n", getpid());
    while (1)
        ;
}

运行截图