信號本質
信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬，在原理上，一個進程收到一個信號與處理器收到一箇中斷請求可以說是一樣的。
信號是異步的，一個進程不必通過任何操作來等待信號的到達，事實上，進程也不知道信號到底什麼時候到達。
信號是進程間通信機制中唯一的異步通信機制，可以看作是異步通知，通知接收信號的進程有哪些事情發生了。
信號機制經過POSIX實時擴展後，功能更加強大，除了基本通知功能外，還可以傳遞附加信息。
信號來源
信號事件的發生有兩個來源：
信號種類硬件來源(比如我們按下了鍵盤或者其它硬件故障)；
軟件來源，最常用發送信號的系統函數是kill, raise, alarm和setitimer以及sigqueue函數，軟件來源還包括一些非法運算等操作。
第一種：
可靠信號與不可靠信號
1. 信號值小於SIGRTMIN (Red hat 7.2中，SIGRTMIN=32，SIGRTMAX=63) 的信號都是不可靠信號;
2. 不可靠信號的問題（主要只信號可能丟失）：
A. 進程每次處理信號後，就將對信號的響應設置爲默認動作。在某些情況下，將導致對信號的錯誤處理；因此，用戶如果不希望這樣的操作，
那麼就要在信號 處理函數結尾再一次調用signal()，重新安裝該信號。( 已經改善）
B. 信號可能丟失，後面將對此詳細闡述。
3. 可靠信號支持排隊，不會丟失。
第二種：
實時信號與非實時信號：
1. 非實時信號都不支持排隊，都是不可靠信號；
2. 實時信號都支持排隊，都是可靠信號。
進程對信號的響應
1. 忽略信號，即對信號不做任何處理，其中，有兩個信號不能忽略：SIGKILL及 SIGSTOP；
2. 執行缺省操作，Linux對每種信號都規定了默認操作。注意，進程對實時信號的缺省反應是進程終止。
3. 捕捉信號。定義信號處理函數，當信號發生時，執行相應的處理函數；
信號阻塞與信號信號的未決
信號的“未決”是一種狀態，指的是從信 號的產生到信號被處理前的這一段時間；
信號的“阻塞”是一個開關動作，指的是阻止信號被處理，但不是阻止信號產生。
僞demo：
進程捕獲信號過程
1. 用戶輸入命令，在Shell下啓動一個前臺進程。
2. 用戶按下Ctrl-C，這個鍵盤輸入產生一個硬件中斷。
3. 如果CPU當前正在執行這個進程的代碼，則該進程的用戶空間代碼暫停執行，CPU從用戶態切換到內核態處理硬件中斷。
4. 終端驅動程序將Ctrl-C解釋成一個SIGINT信號，記在該進程的PCB中（也可以說發送了一個SIGINT信號給該進程）。
5. 當某個時刻要從內核返回到該進程的用戶空間代碼繼續執行之前，首先處理PCB中記錄的信號，發現有一個SIGINT信號待處理，而這個信號的默認處理動作是終止進程，所以直接終止進程而不再返回它的用戶空間代碼執行。
內核如何實現信號的捕捉
如果信號的處理動作是用戶自定義函數，在信號遞達時就調用這個函數，這稱爲捕捉信號。
由於信號處理函數的代碼是在用戶空間的，處理過程比較複雜，舉例如下：
1. 用戶程序註冊了SIGQUIT信號的處理函數sighandler。
2. 當前正在執行main函數，這時發生中斷或異常切換到內核態。
3. 在中斷處理完畢後要返回用戶態的main函數之前檢查到有信號SIGQUIT遞達。
4. 內核決定返回用戶態後不是恢復main函數的上下文繼續執行，而是執行sighandler函數，sighandler和main函數使用不同的堆棧空間，它們之間不存在調用和被調用的關係，是兩個獨立的控制流程。
5. sighandler函數返回後自動執行特殊的系統調用sigreturn再次進入內核態。
6. 如果沒有新的信號要遞達，這次再返回用戶態就是恢復main函數的上下文繼續執行了。
如下圖：
信號在內核中的表示（refer to :linux c 一站式學習）
以上我們討論了信號產生（Generation）的各種原因，而實際執行信號的處理動作稱爲信號遞達（Delivery），信號從產生到遞達之間的狀態，稱爲信號未決（Pending）。進程可以選擇阻塞（Block）某個信號。被阻塞的信號產生時將保持在未決狀態，直到進程解除對此信號的阻塞，才執行遞達的動作。注意，阻塞和忽略是不同的，只要信號被阻塞就不會遞達，而忽略是在遞達之後可選的一種處理動作。信號在內核中的表示可以看作是這樣的：
圖 33.1. 信號在內核中的表示示意圖
每個信號都有兩個標誌位分別表示阻塞和未決，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標誌，直到信號遞達才清除該標誌。在上圖的例子中，
1. SIGHUP信號未阻塞也未產生過，當它遞達時執行默認處理動作。
2. SIGINT信號產生過，但正在被阻塞，所以暫時不能遞達。雖然它的處理動作是忽略，但在沒有解除阻塞之前不能忽略這個信號，因爲進程仍有機會改變處理動作之後再解除阻塞。
3. SIGQUIT信號未產生過，一旦產生SIGQUIT信號將被阻塞，它的處理動作是用戶自定義函數sighandler。
如果在進程解除對某信號的阻塞之前這種信號產生過多次，將如何處理？POSIX.1允許系統遞送該信號一次或多次。Linux是這樣實現的：常規信號在遞達之前產生多次只計一次，而實時信號在遞達之前產生多次可以依次放在一個隊列裏。本章不討論實時信號。從上圖來看，每個信號只有一個bit的未決標誌，非0即1，不記錄該信號產生了多少次，阻塞標誌也是這樣表示的。因此，未決和阻塞標誌可以用相同的數據類型sigset_t來存儲，sigset_t稱爲信號集，這個類型可以表示每個信號的“有效”或“無效”狀態，在阻塞信號集中“有效”和“無效”的含義是該信號是否被阻塞，而在未決信號集中“有效”和“無效”的含義是該信號是否處於未決狀態。下一節將詳細介紹信號集的各種操作。阻塞信號集也叫做當前進程的信號屏蔽字（Signal
Mask），這裏的“屏蔽”應該理解爲阻塞而不是忽略。
3.2. 信號集操作函數
sigset_t類型對於每種信號用一個bit表示“有效”或“無效”狀態，至於這個類型內部如何存儲這些bit則依賴於系統實現，從使用者的角度是不必關心的，使用者只能調用以下函數來操作sigset_t變量，而不應該對它的內部數據做任何解釋，比如用printf直接打印sigset_t變量是沒有意義的。
函數sigemptyset初始化set所指向的信號集，使其中所有信號的對應bit清零，表示該信號集不包含任何有效信號。函數sigfillset初始化set所指向的信號集，使其中所有信號的對應bit置位，表示該信號集的有效信號包括系統支持的所有信號。注意，在使用sigset_t類型的變量之前，一定要調用sigemptyset或sigfillset做初始化，使信號集處於確定的狀態。初始化sigset_t變量之後就可以在調用sigaddset和sigdelset在該信號集中添加或刪除某種有效信號。這四個函數都是成功返回0，出錯返回-1。sigismember是一個布爾函數，用於判斷一個信號集的有效信號中是否包含某種信號，若包含則返回1，不包含則返回0，出錯返回-1。
3.3. sigprocmask
調用函數sigprocmask可以讀取或更改進程的信號屏蔽字。
返回值：若成功則爲0，若出錯則爲-1
如果oset是非空指針，則讀取進程的當前信號屏蔽字通過oset參數傳出。如果set是非空指針，則更改進程的信號屏蔽字，參數how指示如何更改。如果oset和set都是非空指針，則先將原來的信號屏蔽字備份到oset裏，然後根據set和how參數更改信號屏蔽字。假設當前的信號屏蔽字爲mask，下表說明了how參數的可選值。
表 33.1. how參數的含義
如果調用sigprocmask解除了對當前若干個未決信號的阻塞，則在sigprocmask返回前，至少將其中一個信號遞達。
3.4. sigpending
sigpending讀取當前進程的未決信號集，通過set參數傳出。調用成功則返回0，出錯則返回-1。
下面用剛學的幾個函數做個實驗。程序如下：
程序運行時，每秒鐘把各信號的未決狀態打印一遍，由於我們阻塞了SIGINT信號，按Ctrl-C將會使SIGINT信號處於未決狀態，按Ctrl-\仍然可以終止程序，因爲SIGQUIT信號沒有阻塞。
sigsuspend 函數
sigsuspend(const sigset_t *mask))用於在接收到某個信號之前, 臨時用mask替換進程的信號掩碼, 並暫停進程執行，直到收到信號爲止。sigsuspend 返回後將恢復調用之前的信號掩碼。信號處理函數完成後，進程將繼續執行。該系統調用始終返回-1，並將errno設置爲EINTR。
注意:
sigsuspend的整個原子操作過程爲：
(1) 設置新的mask阻塞當前進程,有些地方的講解說恢復原先的mask在第三步
(2) 收到信號，恢復原先mask；執行，實際上按照輸出結果，恢復原先的mask
(3) 調用該進程設置 的信號處理函數,應該在調用進程的信號處理函數之前進行。請注意
(4) 待信號處理函數返回後，sigsuspend 返回。
實例:
功能描述：
sigsuspend 函數將進程的信號屏蔽字設置爲 sigmask 指向的值。在捕捉到一個信號或發生了一個會終止該進程的信號之前，該進程被掛起。如果捕捉到一個信號而且從該信號處理程序返回，則sigsuspend返回，在返回之前，將進程的信號屏蔽字設置爲調用sigsuspend之前的值。
用 法：# include < signal . h> int sigsuspend ( const sigset_t * sigmask) ;
參 數：
sigmask： 指向信號集的指針，裏面設置了屏蔽的信號
返回說明：
函數沒有成功返回值。如果它返回到調用者，則總是返回-1，並將 errno 設置爲EINTR（表示一個被中斷的系統調用）。
demo:
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <signal.h>
- volatile sig_atomic_t quitflag; /* set nonzero by signal handler */
- /* one signal handler for SIGINT and SIGQUIT */
- static void sig_handler(int signo)
- {
- if (signo == SIGINT)
- printf("ninterruptn");
- else if (signo == SIGQUIT)
- quitflag = 1; /* set flag for main loop */
- }
- int main(int argc, char *argv[])
- {
- sigset_t newmask, oldmask, zeromask;
- if (signal(SIGINT, sig_handler) == SIG_ERR)
- perror("signal(SIGINT) error");
- if (signal(SIGQUIT, sig_handler) == SIG_ERR)
- perror("signal(SIGQUIT) error");
- sigemptyset(&newmask);
- sigemptyset(&zeromask);
- sigaddset(&newmask, SIGQUIT);
- /* Block SIGQUIT and save current signal mask */
- if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) != 0)
- perror("sigprocmask SIG_BLOCK error");
- //while(1);
- while (quitflag == 0)
- {
- printf(“start sigsuspend…\n”);
- sigsuspend(&zeromask);
- printf(“end sigsuspend…\n”);
- }
- quitflag = 0;
- /* Reset signal mask which unblocks SIGQUIT */
- if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) != 0)
- perror("sigprocmask SIG_SETMASK error");
- exit(0);
- }
我們運行程序(註釋while(1);版本)：
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輸入： ctrl+\ 程序終止
接着我們把程序中的while(1); 解除註釋，運行程序
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輸入： ctrl+c : 輸出 : interrept
輸入： ctrl+c : 輸出 : interrept
輸入： ctrl+c : 輸出 : interrept
輸入： ctrl+\ 沒有反應
分析：
程序停在while(1)的時候，這裏屏蔽了sigquit的信號，而程序在sigsuspend阻塞時候，把屏蔽信號設置成zeromask，不阻塞任何信號，所以能接受到ctrl+\