【Linux】进程信号的发送和保存

一、信号发送

1. 信号动作

通过指令man -7 signal查看信号的手册，可以找到普通信号发出后对应的操作、信号编号和详细描述信息。

2. 信号发送的本质

普通信号的发送本质上是将信号写入进程的PCB结构体中的位图（pending位图）。这个位图对应着1到31号的普通信号，收到信号后将对应比特位置为1，表示信号已收到，然后PCB执行相应的工作。值得注意的是，如果连续发送普通信号，进程只会处理最后一次的信号，因为每次写入都是覆盖式的。

实时信号与普通信号类似，但它们使用的是结构体而非位图，信号被组织在队列中，遵循先入先出的规则。如果连续发送实时信号，进程会依次处理队列中的所有信号。

3. Core Dump

在《进程控制》一文中，我们解释了wait函数的status参数，其中第7位是core dump标志。程序在运行过程中发生崩溃（如段错误、除零错误等）时，Core dump会记录程序崩溃瞬间的内存状态，包括寄存器的值、调用栈信息、全局变量和局部变量的值等。开发人员可以使用调试工具（如GDB）加载Core dump文件，分析这些信息以找出程序崩溃的原因。

可以通过ulimit -c 10240将core文件的大小限制修改为10240字节。云服务器上通常默认core文件大小限制为0，出现错误时可能导致core文件迅速填满。我们可以根据需要修改其大小限制。生成的文件名为core.pid，其中pid是出错进程的pid。例如，假设test进程发生错误，其pid为12314，我们可以在GDB模式下输入gdb test core.12314来打印错误信息和原因。

二、信号的保存

1. 前置概念

实际执行信号处理动作称为信号递达。信号从产生到递达之间的状态称为信号未决。被阻塞的信号会保持在未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才会执行递达的动作。

2. 阻塞信号

信号被阻塞时，会进入信号未决状态。阻塞功能通过一个31位的位图block实现，对应1到31号信号。当对应比特位为1时，表示该信号被阻塞，为0则表示不阻塞。如果信号被阻塞，则进入阻塞态；如果没有被阻塞，则进入未决状态。

3. 保存信号

未决状态的作用是保存信号，通过位图pending实现。pending与block一致，对应的下标和信号编号一一对应。当对应比特位为1时，表示该信号处于未决状态，为0则表示信号已递达。实际上，block和pending都用于保存信号，但由于有两个位图，我们分开讨论。

4. 信号递达

信号递达后，会执行相应的行为，包括SIG_DFL（默认处理动作）、SIG_IGN（忽略）和自定义处理sighandler。

5. 总结

一个信号首先经过block，如果block为0，则来到pending，如果pending为0，则来到handler执行动作。9号和19号信号是特例，它们不能被阻塞和保存，一旦发出直接执行handler，对应的行为只能是默认动作终止和暂停。

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三、信号集操作函数

信号集操作函数用于操作信号集，sigset_t是操作系统提供的数据类型，用于描述位图。以下是信号集操作函数：

#include 
int sigemptyset(sigset_t *set); // 将位图全部设置为0
int sigfillset(sigset_t *set); // 将位图全部设置为1
int sigaddset(sigset_t *set, int signo); // 将位图中的某一位设置为1
int sigdelset(sigset_t *set, int signo); // 将位图中的某一位设置为0
int sigismember(const sigset_t *set, int signo); // 判断一个信号是否在信号集中，不在返回0，在返回1，出错返回-1

1. 设置block位图

sigprocmask是一个重要的系统调用，用于检查和修改进程的信号掩码（阻塞信号集）。

#include 
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);

返回值：成功返回0，失败返回-1。

how参数指定对信号掩码的操作方式：

set参数指向一个sigset_t类型的信号集，包含要操作的信号。如果how的值为SIG_BLOCK或SIG_UNBLOCK，set表示要添加或移除的信号集；如果how的值为SIG_SETMASK，set表示要设置的新信号掩码。如果该参数为NULL，则不改变当前的信号掩码，仅获取当前信号掩码，此时oset不能为NULL。

oset参数指向一个sigset_t类型的信号集，用于存储调用sigprocmask之前的信号掩码。如果不需要保存旧的信号掩码，可以将该参数设置为NULL。

2. 设置pending位图

sigpending用于获取进程当前未决信号集。

#include 
int sigpending(sigset_t *set);

返回值：成功返回0，失败返回-1。

set参数用于存储当前进程中处于未决状态（即已发送但由于被阻塞而尚未被处理）的信号集。

3. 设置handler行为

信号处理行为有三种情况：默认、忽略和自定义。自定义处理可以通过signal函数实现，此前已有介绍，不再赘述。

四、验证信号保存行为

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

// 打印出位图
void PrintPending(const sigset_t &pset) {
    for(int i = 31; i >= 1; i--) {
        cout << (sigismember(&pset, i) ? 1 : 0);
    }
    cout << endl;
}

// 信号处理函数
void handler(int sig) {
    cout << "Caught signal " << sig << endl;
}

int main() {
    sigset_t newmask, oldmask, pendmask;

    // 初始化信号集
    sigemptyset(&newmask);
    sigaddset(&newmask, SIGINT);

    // 阻塞SIGINT信号
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);

    // 打印当前未决信号集
    while(1) {
        sigpending(&pendmask);
        PrintPending(pendmask);
        sleep(1);
    }

    // 解除SIGINT信号的阻塞
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);

    return 0;
}

在3秒后按下ctrl+c，捕捉信号函数不会工作，说明信号被阻塞了。15秒后自动解除阻塞，立即打印出handler函数定义要打印的信息，再按ctrl+c就正常执行handler行为。