Linux系统编程44 信号 - 信号的响应过程分析！！！

信号的不可靠：
是指信号的行为不可靠，因为执行现场不是我们布置的，而是由内核布置的，所以有可能第一次调用还没有结束的时候，就发生了第二次调用。

可重入函数：就是为了解决信号的不可靠
第一次调用还没有结束的时候，就发生了第二次调用，但是不会出错，这样的函数叫做可重入函数。所有的系统调用都是可重入的，一部分库函数也是可重入的，比如：memcpy()。

内核为每个进程都维护了两个位图：
信号屏蔽字 mask ：用来表示当前信号的状态，mask初始值一般全部都是1
pending位图：用来记录当前进程收到哪些信号，一般初始值全部都是0

思考：
1 信号从收到到响应有一个不可避免的延迟
2 如何忽略掉一个信号
3 标准信号为什么要丢失
4 标准信号的响应没有严格的顺序
5 不能从信号处理函数中随意的往外跳（setjmp.longjmp）

以上节实验为例分析信号的响应过程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void sig_handler(int s)
{
	write(1,"!",1);
}

int main()
{
	int i;

	signal(SIGINT,sig_handler);

	for(i=0 ; i<12 ; i++)
	{
		write(1,"*",1);
		sleep(1);
	}

	exit(0);
}

在这里插入图片描述

第一步：
程序运行，当程序的时间片耗尽（也可以理解为某种形式发给自己的中断信号），程序保存当前进程状态(包括程序执行位置，用于返回之前的状态)转为内核态，挂载到内核中等待就绪的等待队列，等待获取时间片，即等待调度到自己，调度到自己之后，携带保存的进程状态返回用户态，此时从内核态切换到用户态的时间点很重要，这个时刻会做一个工作：mask位图按位与 pending位图，来判断是否接收到信号，如按照两个位图初始状态计算，则按位与之后为0，表示没有任何信号。之后才会回到之前程序执行的地址继续执行之前的程序。

第二步：
从终端执行 CTRL+C 向程序发送 SIGINT 终止信号，这时 pending位图 SIGINT信号对应的为置1，表示当前程序收到了 SIGINT信号。但是此时程序并不能响应 SIGINT 信号，为什么呢？因为程序从接收到信号到响应信号会有一个不可避免的延迟，从第一步得知，只有程序从内核态切换到用户态的时候，才会比较 mask位图和 pending位图，只有这个时候才能知道是否收到了信号，收到了哪个信号，以及才会响应信号。

第三步：
程序时间片再次被耗尽（也可以理解为某种形式发给自己的中断信号），程序再次保存当前程序状态进入内核态，挂载到调度队列等待被调度。程序再次被调度，获取时间片，从内核态切换回到用户态，此时，此时，此时，程序会比较 mask位图和 pending位图，做按位与运算，判断自己有没有收到信号，发现 pending位图的 SIGINT位为 1，则表明收到了 SIGINT信号，于是开始准备响应 SIGINT 信号，即执行信号响应程序。此时程序不会回到之前执行到的地址，而是会到之前注册的信号响应函数的地址去执行信号响应，即将保存的程序信息中的地址信息改成信号响应函数的地址，此时 mask位图和 pending位图的 SIGINT信号位都会被置0。等执行完响应程序，再次回到内核态，并且将 mask位图的 SIGINT为置1。并且将保存的地址信息改回到之前的执行地址，并再次从内核态切换到用户态，并再次比较 mask位图与pengding位图。如果在这期间没有再次重复收到 SIGINT信号，则此时比较结果是0，即发现没有收到新的 SIGINT信号，其他位的信号也一样，而后会继续执行之前的程序，即打印*

所以思考的问题：

1 信号从收到到响应有一个不可避免的延迟
可以理解为，信号是程序从内核态切换会用户态的路上响应的，并且只能在这个时间点响应。所以这个延迟就是程序必须重新要从内核态切换到用户态，即必须要有一个新的中断或者时间片耗尽，程序进入内核态并且等待调度后切回用户态所需要的时间，所以如果程序收到信号后，一直没有中断打断他，或者时间片一直没有耗尽，即一直没有进入内核态，也就不能从内核态切换为用户态，也就不能比较两个位图，也就是不能发现信号。

一句话，信号是程序从内核态回到用户态的路上响应的。

2 如何忽略掉一个信号
从上面的信号响应过程可以知道，只要将 mask位图中的对应信号位永远置0 即可。这样就算接收到对应信号，两个位图比较后，结果也是0，即无信号。

3 标准信号为什么要丢失
程序在响应信号的时候，mask位图，和pending位图的对应信号位都会被置0，而此时如果再发来一万次 SIGINT信号，那么结果也只是 pending位图的 SIGINT信号为被反复置1 一万次，结果还是1。即等程序执行完信号响应并重新切换回用户态，mask位图 SIGINT位被重新置1，并再次比较两个位图的时候，尽管接受了一万次SIGINT信号，但是也只知道最后一次收到的信号。

4 标准信号的响应没有严格的顺序

5 不能从信号处理函数中随意的往外跳
可知，程序从内核态切换到用户态，发现 mask位图和 pending位图的变化，于是扎内核替换执行程序地址，去执行信号响应程序，并且将 mask信号屏蔽位置0，等执行完响应程序后再次重新扎内核，重新将mask信号屏蔽位置1，即将信号屏蔽字解除阻塞，这样以后才能正常接收信号，最后再回到用户态。如果在信号响应程序中跳转态其他位置，那么会错过将信号屏蔽字解除阻塞的操作，那么以后就无法响应对应的信号了。
所以 setjmp() 和 longjmp() 在信号处理函数中要慎用。

这个过程中程序响应信号时将mask位图对应为置0 是为了防止重入现象，后面详细补充。

Linux系统编程44 信号 - 信号的响应过程分析！！！

猜你喜欢