进程信号
信号量(system v信号量)
- 作用：实现进程控制，也就是可以实现同步和互斥功能
- 本质：计数器 + PCB等待队列。计数器是指对资源的计数，也就是对所占的资源进行+1，-1操作
实现互斥的方法
- 前提条件：
信号量当中的资源计数器只有两个取值，也就是0或者1。其中0表示当前资源不可用，1表示当前资源可用
- 访问：
当一个进程需要访问一个临界资源的时候，会先获取信号量，预算信号量当中计数器的值。
- 预算：对当前信号量中的计数器进行-1操作，然后判断信号量当中的计数器是否小于0。
如果信号量当中的计数器值小于0，则表示信号量之前的值为0，表示当前的临界资源不可以被访问，然后会将当前获取信号量的进程放到PCB等待队列中去，进行阻塞等待。
如果信号量当中的计数器值等于0，则表示信号量之前的值为1，表示当前的临界资源可以被访问，然后对信号量当中的计数器进行-1操作，再访问临界资源。
- 释放：
如果临界资源访问完成，需要结束对临界资源的访问，然后对信号量当中的计数器进行+1操作，然后唤醒PCB等待队列中的进程(先进先出)。
减一操作 --> p操作
加一操作 --> v操作
- 实现同步的方式
同步即保证进程对临界资源访问的合理性，在实现同步的过程中，计数器的取值不再限制为0或者1，而是任意整数。
初始化信号量：将信号量当中的资源计数器设置为资源的数量。
- 访问临界资源：
先访问信号量：对资源计数器进行-1操作，判断资源计数器的值是否大于0。如果小于0，则将该进程放在PCB等待队列中；如果大于等于0，则访问临界资源。
以停车场为例，资源计数器就是统计停车场还有多少空位置，PCB等待队列就是表示车辆在停车场外排队。
当车位占满的时候，表示临界资源数量为0，也就是资源计数器的值是0；这时如果还有车子想进入停车场，就会在车库门前排队，每排一辆车，就会对信号量中的资源计数器-1操作，如图有3辆车在等待，资源计数器的值为-3。
- 释放资源，通知PCB等待队列的做法
当临界资源被进程所释放，就会对资源计数器进行+1操作，通知PCB等待队列当中的的进程访问临界资源
- 计数器+1操作完毕之后，计数器当中的值小于等于0。这时需要通知PCB等待队列当中的进程(因为PCB等待队列不为空)。
- 计数器+1操作完毕之后，计数器当中的值大于0。就不需要通知PCB等待队列(因为PCB等待队列本身就是空的)。
信号的基本概念
信号是一个软件中断，可以打断当前正在运行的进程，让该进程去处理信号的事件，当前的进程需要处理信号所带来的的操作。就像我么一看到红灯就会下意识的进行等待，看到绿灯就会想到可以通行。
- 信号的种类
在linux操作系统中，总共有62种信号。前31种信号(1 - 31)被称为不可靠信号，信号有可能会丢失，非实时信号；后31种信号(34-64)被称为可靠信号，信号是不可能被丢失的，实时信号。
![在这里插入图片描述]()
信号的产生
硬件产生
- ctrl + c：给前台进程发送一个SIGINT信号(2号信号)，中断当前的进程。
- ctrl + z：给前台进程发送一个SIGTSTP信号(20号信号)，暂停当前进程。
- ctrl + |：给前台进程发送一个SIGQUIT信号(3号信号)，使进程崩溃，产生coredump文件
软件产生
- kill [pid]：给前台进程发送一个SIGTERM信号(15号信号)
- kill -[signalno] [pid]：给指定进程发送指定的信号
就像kill -9 [pid]表示给进程发送SIGKILL信号(9号信号)，强杀信号
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("i am finfshed\n");
kill(getpid(),2);//给当前进程发送一个中断信号
while(1)
{
printf("如果打印到这里，就说明有问题!\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
调用函数产生
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
#include <stdlib.h>
void abort(void);//封装kill函数，谁调用就给谁发送SIGABRY信号(6号信号)
#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
//设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号,
//该信号的默认处理动作是终止当前进程。
还有当我们出现访问空指针或者内存越界访问的时候，就会出现11号信号，SIGSEGV段错误信号
man 7 signal //查看信号的作用
信号的注册
- 查看信号的源码
因为在linux中默认是不安装kernel的内核源码，所以说我们在查看的时候，需要先将内核源码安装好。
sudo yum install kernel -devel -y
然后在root用户下进行查找sched.h文件
find /usr/src/ -name sched.h
因为信号的不同头文件下存在着一些引用的关系，所以说一些结构体的定义不在sched.h头文件下，我们可以在查找之前，在/usr/src/kernels/3.10.0-1062.18.1.el7.x86_64/include/目录下建立tags索引文件，然后可以使用tags的查找方式进行跨文件查找。
ctags -R //建立tags索引文件
在文件中可以使用ctrl + ] 获取当前光标下的单词作为tag名字进行跳转
ctrl + T //跳转到前一次的tag处
然后用vim 打开这个目录下的sched.h文件，使用/[关键字]，然后就可以看到task_struct结构体了。下面是注册码的一些与信号有关的成员变量之间的关系。
两种注册信号的情况
sigqueue队列是内核当中维护的一个队列，其队列当中的每一个元素对应信号的一个处理节点。
- 非可靠信号：(1 - 31)
会更改sig位图中对应的字节为1，在sigqueue队列中增加对应信号所对应的节点
对于非可靠信号，当sigqueue队列多次收到同样一个信号的时候，只添加一个节点，也就是相当于第二次收到的同样的信号被丢弃掉。
- 可靠信号：(34 - 64)
当sigqueue队列第一次收到一个可靠信号的时候，会更改sig位图中对应的字节为1，然后在队列中增加对应信号所对应的节点。
而当第二次收到同样一个信号的时候，先判断sig位图中的对应字节位置是否为1，并且在sigqueue队列中增加信号所对应的节点
两种信号注销的情况
- 非可靠信号：(1 - 31)
会将sig位图中对应的字节位置置0，并将在sigqueue队列中的节点去除掉(操作系统拿着节点去行使该信号的功能)
- 可靠信号：(34 - 64)
将待处理的信号在sigqueue队列中的对应节点进行盘算，判断当前处理的对应信号的节点是否在sigqueue队列中还有相同类型的节点，
有：则不改变sig位图的对应字节上的1，即不把1置为0
没有：则直接将sig位图对应位置的1置为0
信号捕捉
- 信号的处理方式
默认处理方式：SIG_DEL (执行一个动作或者执行一个函数)
忽略时的处理：SIG_IGN (不会做任何事)
自定义处理方式：我们自定义的处理方式
问题1：为什么会产生僵尸进程？为什么父进程来不及回收子进程的退出信息，导致子进程为僵尸进程？
僵尸进程的产生是因为当子进程退出时，父进程没有回收子进程的退出状态，这个时候子进程退出的消息父进程没有接收，子进程就成为一个僵尸进程。至于为什么父进程来不及处理，是因为子进程在退出的时候，会给父进程发松一个SIGCHID信号，而操作系统对SIGCHID信号的处理方式恰好为忽略状态(SIG_IGN)，这时父进程就是不会做任何事的状态。
问题2：从信号的角度来看，应该如何解决僵尸进程的问题？
- 使用signal(SIGCHLD,SIG_IGN)，在这种方式下，子进程状态信息会被丢弃，也就是自动回收了，所以不会产生僵尸进程。(爸爸不管儿子了，儿子自己释放掉自己吧)
- 从其他角度看，我们可以fork两次，让第一次fork的子进程在fork完成后使用(exit)直接退出，这样第二次fork得到的子进程就没有父进程了，就变成了孤儿进程，它会被自动过继给老祖宗init进程，init会负责释放它的资源，这样就不会由"僵尸"产生了(把原本的父子关系变成爷孙关系，然后直接杀掉中间的爸爸，爷爷也不管孙子了，孙子就成了孤儿，自己释放自己)
- 因为父子进程之间的抢占式执行，所以说父子进程之间无法确定哪一个进程先执行，为了防止子进程在退出的时候，父进程陷入循环无法得到子进程的退出状态，可以在子进程进行的时候，让父进程进行进程等待， 以便子进程可以正常退出。(这种方法，爸爸会照顾儿子一生，直至儿子死亡，并妥善处理完儿子的后事)
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
- signum：需要我们自己定义的一个信号值
- handler：一个函数指针类型的参数 --> typedef void (*sighandler_t)(int);
- void：是返回值的类型
- int：参数类型，即是哪一个信号触发操作系统调用该函数
上面的代码，我们在运行的时候，通过pstack [pid]查看的时候显示是程序是在sleep()函数中
但是当我们采取硬件中断ctrl+c 和 ctrl+\ 时，却发现程序调用了signal函数。signal函数的这种使用方式是向系统注册了一个函数，当发生某种特定的事件的时候，会回调之前注册的函数，即回调函数。这里的程序在运行的过程中其实可以说是并行运行的。
自定义信号的处理流程
前提
- 在task_struct结构体中，有一个指向sighand_struct的结构体指针，在该结构体当中有一个action结构体数组，这个数组每一个元素的类型都是struct k_sigation结构体类型，数组中的每一个元素都对应一个信号的处理逻辑。
- 在struct_sigaction结构体中有一个元素是struct sigaction sa，在struct sigaction结构体中有一个sighandler_t类型的元素，这个sighander_t是一个函数指针类型，typedef void(*sighandler)(int)，保存信号默认执行的函数。
操作系统对信号的处理
- 操作系统对默认信号的处理
当sig位图中收到一个信号的时候，意味着sig位图当中的某一个bite位置会被置为1，操作系统处理该信号的时候，就会从PCB中找sighang_struct这个结构体的指针，从而找到sa_handler，进而操作系统内核回去调用sa_handler保存的函数地址，然后完成该信号的功能。
- 自定义信号处理函数
signal：相当于改掉了sa_handler保存的函数地址，也就是当收到自定义信号的时候，操作系统内核会去调用sa_handler保存的新的函数地址，而这个函数是我们自己定义的，调用之后就可以达到我们所期望的执行效果。
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,
struct sigaction *oldact);
//相当于更改掉了action数组当中的元素，相当于直接改掉了结构体，
//从而达到修改信号处理函数地址的目的
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
};
-
void (*sa_handler)(int); ： 操作系统为每一个信号自定义的默认调用函数
-
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); ： 一个函数指针，但是这个函数指针是预留的，需要配合sa_flags使用，当sa_flags为SA_SIGINFO的时候，操作系统就会调用该函数指针当中保存的函数地址
-
sigset_t sa_mask; ： 一般当前进程在处理信号的时候，可能还会收到新的信号，为了有效地保存新的信号，就把新的信号放在sa_mask中。
-
int sa_flags; ： 配合sa_sigaction使用
-
void (*sa_restorer)(void); ： 预留信息
-
act：表示把signum信号修改为act处理方式
-
oldact：表示是操作系统之前被signum所定义的处理方式
-
struct sigaction 相当于action[]数组中的元素类型(k_sigaction)，signal函数就是调用sigaction函数实现的
signal(2,sigcallback);
while(1)
{
sleep(1);
}
对于上面的代码，程序正常情况下会一直执行sleep的循环
- 当程序收到ctrl + c，也就是2号信号的时候
- 当程序执行sleep函数时，从用户态切换到内核态，然后执行内核代码
- 执行完sleep的逻辑之后，需要调用do_signal函数去处理接受到的信号信息。此时如果程序没有接收到2号信号，会直接调用sysreturn函数从内核态切换到用户态；要是接收到2号信号，则会切换到用户态去执行自定义的sigcallback函数。
- 执行完毕之后，调用sigreturn 函数切换回内核态，然后再次调用do_signal 函数，重复第3步的逻辑，直到当前程序接受到的信号被处理完毕。
- 确保当前程序没有信号的中断的时候，会调用sysreturn 函数返回用户态继续执行代码。
程序进入内核态的情况
- 调用系统功能调用函数
- 调用库函数的时候，库函数底层要是调用了系统功能调用函数，就会进入内核态
- 程序访问异常，就像空指针的访问(11号信号)，内存访问越界(11号信号)，double free(6号信号)。
是否可以使用free函数去释放NULL指针呢？
free(NULL)并不会产生程序崩溃，也不会收到信号
信号阻塞
- 前提
信号想要发生一个阻塞，得要在task_struct结构体当中保存了一个blocked位图
信号的阻塞并不是说信号不可以被注册，而是当收到一个阻塞的信号的时候，如果通过blocked位图发现该信号被阻塞，就不会处理这个信号，但是他的阻塞不会影响信号更改pending位图和增加sigqueue节点
- 操作系统处理信号的逻辑
当程序从用户态切换到内核态之后，处理do_signal函数的时候，发现收到了某个信号，想要处理这个信号之前，得先判读block位图当中对应信号的bite位是否为1
blocked当中对应的bite位置为1，则不处理该信号，sigqueue当中对应的信号的节点还是存在
blocked当中对应的bite位置为0，则处理该信号
更改sigset_t位图中某个bite位的值
#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
- how：
SIG_BLOCK --> 设置某个信号为阻塞状态，用修改位图来达到目的
SIG_UNBLOCK --> 设置某个信号为非阻塞状态
SIG_SETMASK --> 设置新的阻塞的sigset_t位图
- set：要设置的新的阻塞位图
- oldset：之前程序当中阻塞的位图，出参
可以验证一下我们之前关于可靠信号与非可靠信号在sigqueue队列中的结论，非可靠信号收到多个相同的非可靠信号的时候，只会添加一次sigqueue节点，也就是只处理一次；而可靠信号收到多个相同的信号的时候，会添加多个sigqueue节点，也就是每一个可靠信号都会被处理。
9,19号信号不可以被阻塞
源码地址：
https://github.com/duchenlong/linux-text/blob/master/sigblock.c