重提信號概念
前一篇中提到了信號的概念，並且對信號的產生及一些屬性有了一定的認識，這一次，要從更加深入的角度看待信號。
之前提到過，當我的進程在接收到信號之前，就已經知道了，當我接收到某種信號之後就要發生某一項動作，換句話說，在進程內部，一定存在這某種結構，將這些信息都記錄了下來，很明顯，對於進程而言，這些信息都會保存在它的PCB當中。
首先我們來認識這樣幾個概念：
信號遞達（Delivery）：執行信號的處理動作；
信號未決（Pending）：信號從產生到遞達之間的狀態；
阻塞（Block）：被阻塞的信號被保存在未決狀態，直到解除阻塞之後，纔會執行遞達動作。只要信號阻塞就永遠不會遞達；
忽略(Ignore)：忽略完全不同於阻塞，忽略是在遞達之後可選的一種動作；
這樣的幾個概念顯得有點太過籠統，這裏截取了一張信號在PCB中的示意圖，如下：
每個信號都有兩個標誌位分別表示阻塞（block）和未決（pending），還有一個函數指針表示處理動作。信號產生時，內核在進程控制塊中設置該信號的未決狀態，直到信號遞達清除該標誌位。
Linux爲了節省內存空間，在設計的時候，使用了類似位圖的結構，只留出一個bit的大小，分別用0和1表示阻塞或者未決狀態，那麼對於上圖，我們就可以看到三張表：阻塞表，未決表，handler表。
對於阻塞表，該位爲0，表示進程對該信號不阻塞，爲1表示對該信號阻塞；
對於未決表，該位爲0，表示該信號沒有產生，爲1表示該信號已經發生；
handler表就類似我們之前提到過的信號處理函數signal()，用來表示對於某一信號的處理方式。
瞭解了基本結構之後，有幾點我們需要說明：
1、pending表和block表之間沒有任何關係。信號的產生是異步的，對於進程而言完全隨機，而阻塞狀態是該進程對某一信號所做的限制；
2、信號的發生，對於進程而言，只是將該進程PCB中的pending表中的對應位置1，其他的操作和信號就不再有任何直接關係，這就解釋了在信號來臨之前進程就已知了某個信號對應的動作；
3、在Linux下，由於這裏只是通過一個bit位來存儲信息，所以在信號遞達之前，信號發生多次只記一次。當然，更嚴格意義上說，常規信號是這樣的，對於實時信號（34~64號信號），在遞達之前，多次產生的信號會保存到某個隊列當中，實時信號暫時不在我們的討論範圍之內。
4、任何一個信號，都不會是被立刻遞達，這個後面解釋。
由於阻塞標誌和未決標誌都是用一個bit位來表示，因此對於Linux，引入了一個用戶類型sigset_t,兩種標誌都可以使用sigset_t數據類型來存儲，sigset_t稱爲信號集。因此就有了阻塞信號集和未決信號集。阻塞信號集又叫做信號屏蔽字（有沒有很熟悉的感覺）。
信號集操作函數
信號集操作函數，顧名思義，就是對上面的幾種信號進行操作，之前我們提到的信號操作函數，實際上就是在更改這裏的pending表，因此，我們這裏提到的信號集操作函數，可以查詢和修改阻塞信號集中的數據，對於pending表中的數據，這裏只提供了查看的函數接口。具體函數聲明如下：
// 信號集操作函數
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
# 初始化，清零所有信號對應的bit位
int sigfillset(sigset_t *set);
# 對所有信號的bit位置1
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
# 將指定信號bit位置1
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
# 將指定信號bit位清零
以上四個函數，成功返回0，失敗返回-1
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
# 判斷一個信號集的有效信號中，是否包含某個信號
# 包含返回1， 不包含返回-1
// 屏蔽信號集操作函數（寫）
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
# 讀取或更改進程中的信號屏蔽字（阻塞信號集）
# 成功返回0， 失敗返回-1
# 參數1，how有三種定義
SIG_BLOCK：添加對應位，mask = mask| set
SIG_UNBLOCK:清零對應位mask&~set
SIG_SETMASK:設置對於位mask=set
# 參數2，設置的SIG值
# 參數3， 輸出型參數，用來獲取修改之前的信號屏蔽字
當我們調用sigprocmask對某些信號解除屏蔽之後，在該函數返回之前，至少有一個信號被遞達
// 未決信號集操作函數（讀）
#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t *set);
# 輸出型參數，將pending列表通過set傳回
# 成功返回0，失敗返回-1
說了這麼多，下面通過代碼做一簡單驗證。（以SIGINT信號爲例）
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void printfPending(sigset_t *pending)
{
int i = 1;
for(;i <= 31; i++)
{
if(sigismember(pending, i)){
printf("1");
}
else{
printf("0");
}
}
printf("\n");
}
int main()
{
sigset_t block, oblock, pending;
sigemptyset(&block);
sigaddset(&block, SIGINT); // 設置block值
sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &oblock); // 設置信號屏蔽字
while(1){
sleep(1);
sigpending(&pending);
printfPending(&pending); // 獲取pending值
}
printf("hello world\n");
return 0;
}因爲SIGINT信號對應的操作是ctrl+c，但上面將SIGINT信號設置爲屏蔽狀態，因此，當我們輸入ctrl+c之後並沒有立即終止該進程，我們看到的第二爲pending值由0變爲1。如下圖：
接下來將代碼做一簡單調整，我們設置10秒之後，信號屏蔽字被自動清零，爲了防止ctrl+c將信號終止，所以這裏SIGINT信號執行自定義行爲，代碼如下：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void printfPending(sigset_t *pending)
{
int i = 1;
for(;i <= 31; i++){
if(sigismember(pending, i)){
printf("1");
}
else{
printf("0");
}
}
printf("\n");
}
void runSig(int i)
{
printf("run SIGINT\n");
}
int main()
{
signal(SIGINT, runSig);
sigset_t block, oblock, pending;
sigemptyset(&block);
sigaddset(&block, SIGINT);
sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &oblock);
int count = 0;
while(1)
{
if(count == 10)
{
sigdelset(&block, SIGINT);
sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &oblock);
}
sleep(1);
sigpending(&pending);
printfPending(&pending);
count++;
}
printf("hello world\n");
return 0;
}
運行行結果如下：
由於這裏已經設置了自定義SIGINT的動作，因此，即使10秒之後，ctrl+c也不會終止進程
信號捕捉
信號捕捉的過程
關於信號捕捉，其實前面一直在說，我們把對信號的自定義行爲稱爲信號捕捉。對信號的處理有三種，忽略，默認，捕捉。
前兩種算是比較簡單的。站在操作系統的角度，忽略信號其實要做的就是將pending中的1改爲0即可，不需要其他操作；對於默認動作，大部分的默認動作的最終結果都是終止進程，先有個簡單簡單認識，接下來看捕捉狀態下的情況，看下面這張圖：
①：發生了外部終端，或者遇到了陷阱、異常，這個時候，會由用戶態切換到內核態處理該異常；
②：內核處理完成異常之後，在返回用戶態執行原代碼之前，會檢查該進程的PCB中有無未處理的信號（內核會在內核態切換到用戶態的過程中檢查有無未處理的信號）；
③：這時發現了存在未處理的信號，不受阻塞，而且該信號的處理動作是捕捉的，就會切換到用戶態去執行自定義的函數（因爲這個函數是用戶定義的，如果不切換用戶，由內核態直接去執行，是不安全的）；
④：在執行完自定義的信號處理函數之後，會受到系統調用再次切換到內核態；
⑤：再次進行檢查，然後返回到用戶態，從上次被中斷的地方繼續向下執行。
這就是捕捉的整個過程，一共發生了四次用戶態到內核態之間的轉化，這時候再看我們的忽略動作，當執行的第三步之後，發現該動作是忽略，於是在內核態直接將pending中的對應位清零，直接返回用戶態終端的地方繼續執行。對於默認動作，由於通常會終止進程，所以在內核態將對應位的pending值改0之後，同時銷燬PCB，直接結束進程。（這個過程還是挺重要的）
sigaction()函數
sigaction函數可以設置和讀取與指定信號相關聯的動作，與signal函數功能類似，函數聲明與註釋如下：
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
# 成功返回0， 失敗返回-1
# 參數1，信號編號
# 參數2，若act非空，按照結構體中的信息修改處理動作
# 參數3，輸出型參數，若非空，獲取原來的struct結構。
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
};
# sa_handler有三種，SIG_DFL表示默認動作；SIG_IGN表示忽略信號；爲函數指針，表示執行捕捉動作
# sa_mask表示當正在對該信號動作時，除了當前信號被屏蔽之外，還需要屏蔽的其他信號
# sa_flags這裏直接設置爲0即可，暫不關心
# 其他兩個參數這裏也暫不關心這裏給出測試代碼：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void IntRun(int i)
{
printf("my sigaction is running\n");
}
int main()
{
struct sigaction act, oact;
act.sa_handler = IntRun;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;
sigaction(SIGINT, &act, &oact);
while(1){
sleep(1);
printf("hello world\n");
}
return 0;
}輸出結果如圖：
sigaction與signal函數功能類似，這裏只介紹用法，不在多說。
pause()函數
首先給出pause函數的定義
#include <unistd.h> int pause(void);
函數定義特別簡單，pause函數的功能是將調用進程掛起，直到有信號遞達。
如果到達的信號是將進程終止，那麼進程直接結束，來不及返回；
如果到達信號被忽略，則繼續掛起，無返回值；
如果調用動作是捕捉，那麼調用信號處理函數之後，pause返回-1，同時設置errno爲EINTR（被信號中斷）。
可見，pause函數，只有當出錯的情況下纔會有返回值，這點和exec函數類似。
接下來，讓我們寫一段小代碼，使用alarm函數和pause函數寫一個自己的sleeep函數，函數名爲mysleep。
實現原理：利用了pause函數的特性，會將進程掛起，直到有捕獲（catch）的行爲，纔會將pause函數終止。利用alarm函數定時，鬧鐘時間到達之後，會調用自定義函數，發生捕獲行爲，導致pause函數終止，從而實現了sleep的功能。
這裏給出了signal函數和sigaction函數版本的，兩者基本一致，不同之處在於sigaction需要設置的參數較多。代碼如下：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void run_alarm(int i)
{}
/*
// signal版本
size_t mysleep(size_t second)
{
signal(SIGALRM, run_alarm);
alarm(second);
pause();
int ret = alarm(0);
return ret;
}
*/
// sigaction版本
size_t mysleep(size_t second)
{
struct sigaction act, oact;
act.sa_handler = run_alarm;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;
sigaction(SIGALRM, &act, &oact);
alarm(second);
pause();
int ret = alarm(0);
sigaction(SIGALRM, &oact, NULL);
return ret;
}
int main()
{
while(1){
mysleep(2);
printf("this is mysleep\n");
}
return 0;
}可重入函數
可重入函數的概念其實很好理解。有些函數，如果重入不會導致出錯或不安全的話，我們把這些函數叫做可重入函數，反之，叫做不可重入函數。
舉個例子，當我們對一個鏈表進行插入的時候，中途收到一個信號，該信號執行自定義動作，該動作也是在該結點處插入一個新節點，就會造成下圖所示的情況，最終的2號結點並沒有被插入，這就是所說的不可重入函數
問題來了，很容易可以發現，這個和線程安全有着很大的相似之處，都是由於重入導致的問題，這裏做以簡單區分。
區別：
1、前提不同：線程安全是在多線程情況下產生的，可重入函數可以是在單線程下由信號的捕獲產生的的重入
2、範圍不同：線程安全不一定可重入，可重入函數一定滿足線程安全
3、對臨界資源加鎖可以實現線程安全，但依舊是不可重入的，因爲加鎖只能防止多線程的情況，單一線程的情況不一定安全。
4、線程安全要求不同線程訪問同一塊地址空間，而可重入函數要求不同的執行流對數據的操作互不影響。
可重入函數的幾點必要條件
1、不在函數內部使用靜態或全局數據 ；
2、不返回靜態或全局數據，所有數據都由函數的調用者提供；
3、使用本地數據，或者通過製作全局數據的本地拷貝來保護全局數據；
4、不調用不可重入函數；
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