linux信号机制[一]

目录

信号量

时序问题

原子性

什么是信号

 信号如何产生

引入

信号的处理方法

常见信号

如何理解组合键变成信号呢？ 

如何理解信号被进程保存以及信号发送的本质？

为什么要有信号

信号怎么用？

样例代码

core文件有什么用呢？

验证core的状态

 一般生产环境为什么要关闭core

kill：结束进程

软件条件产生的信号 

硬件产生的信号

如何理解除0错误

如何理解野指针和越界问题

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由于临界区，和临界资源的存在，在进入临界区访问呢临界资源的时候，必须要先申请一个信号量。通知临界区，提前预定访问临界资源。对临界资源访问的预定。只有我这个进程访问完成之后其他的资源才可以访问呢。

信号量

时序问题

信号量本质上是一个计数器。

假有一个变量n = 6需要多次--，多个进程执行

cpu执行指令的时候，将内存中的数据加载到cpu内部的寄存器中（读指令），之后(n--)分析执行命令，然后将cpu修改之后的数据写回内存。进程在执行的时候任何时候都可能被切换。寄存器只有一套，被所有执行流共享，但是寄存器数据是单独的，属于执行流的上下文。

假设一个进程刚对n执行--到5然后结果没写入，被切换了，然后其他的进程对n--到0，写回去结果，此刻之前的进程继续执行，将5写回去，这回导致之前的进程工作白费。这就引出了时序问题。这种执行是不安全的。 

原子性

为了保证避免时序问题，就需要保证，每个临界资源，被访问，只能一个进程执行完，另一个进程继续执行。这种就叫做原子性。

什么是信号

首先信号和信号量是2个东西。linux信号本质上是一中通知机制，用户或者操作系统通过发送一定的信号。通知进程，某些事件已经发生，你可以在进行后续处理。结合进程，我们可以得出以下结论：

a.进程必须有识别进程的能力

b.为什么能识别信号呢？通过程序员的逻辑处理

c.信号到来是随机的，进程可能在忙自己的事情，信号的后续处理，可能不是立即处理的。（就像打游戏时候外卖送过来）。

d.信号会被临时记录下对应的信号，方便后续的处理。

e.在什么时候处理呢？合适的时候

 f.一般而言信号的产生和进程都是异步的。

 信号如何产生

引入

当一个程序运行的时候，我们在键盘上按ctrl + c本质上就是通过键盘组合向目标发送2号信号。让程序结束。

信号的处理方法

a.默认  每个信号都有默认的信号处理方法。(进程自带的)

b.忽略（也是信号的一种处理方式）

c.自定义（捕捉信号，自己处理）

常见信号

kill -l 此命令查看所有信号

 1-31为普通信号，没有0号32，33号信号。34-64是实时信号。我们一般只关心1-31.

我们使用 man 7 signal 查看

里面有一个action 默认处理行为。

如何理解组合键变成信号呢？ 

键盘的工作方式是通过中断方式进行的，可以识别组合键。操作系统解释组合键，查找进程列表找到相关的进程，修改内部数据结构。

如何理解信号被进程保存以及信号发送的本质？

为了识别信号，进程必须保存信号相关的信号数据结构。怎么表示呢？位图。pcb内部保存了信号位图字段。

信号位图是在task_struct里面保存的。发送信号的时候操作系统修改pcb内部位图字段。也就是说发信号，本质上就是修改操作系统内部指定的位图结构，完成发送信号的过程。

为什么要有信号

a.是什么信号

b.是否产生

信号怎么用？

介绍一个函数

#include <signal.h>typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

这个函数可以对信号进行自定义。参数1是对哪个信号进行捕捉，信号的类型，参数二是函数指针，回调函数。通过回调的方式，修改信号的处理方法。

样例代码

#include<iostream>
#include<signal.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;//信号捕捉
void catchsig(int sigum)
{cout<<"捕捉到了信号:"<<sigum<<"pid:"<<"getpid()"<<endl;
}int main()
{//SIGINT是二号信号，在用户输入ctrl信号时发出。用于通知前台结束进程signal(SIGINT,catchsig);//也可以直接写数字名字都可以,第一个参数是信号处理选项//信号的处理方法一般只有一个signal(SIGQUIT,catchsig);//二号和三号信号捕捉。//signal仅仅是修改进程对特定信号处理方法，而不是直接调用处理方法while(1){//加循环是为了给信号产生留下时间cout<<"我是一个进程在运行。。。pid:"<<getpid()<<endl;sleep(1);}return 0;
}

在之前我们查看信号的时候action里面有2个选项term 和 core

那么core是什么呢？core全程core dump核心转储标志，表示是否发送核心转储。一般而言核心转储是被关闭的。

首先解释什么是Core Dump。当一个进程要异常终止时,可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁 盘上,文件名通常是core,这叫做Core Dump。进程异常终止通常是因为有Bug,比如非法内存访问导致段错误, 事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因,这叫做Post-mortem Debug（事后调试)。一个进程允许 产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit(这个信息保存 在PCB中)。默认是不允许产生core文件的, 因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息,不安全。在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制,允许 产生core文件。 首先用ulimit命令改变Shell进程的Resource Limit,允许core文件最大为1024K:

ulimit -a

 这个命令可以查看服务器状态，里面会显示core的状态。

可以使用ulimit  -c 1024命令打开core状态，并指定core为1024字节。如果我们使用带有 core的信号的时候例如8号信号结束程序，程序会结束时带有core.并且生成core文件，以自己的pid为结尾。

core文件有什么用呢？

当进程出现异常的时候，由系统将当前进程内存中的核心数据dump到磁盘中。也就是core文件。

那么为什么要转储呢？——调试。

在使用调试生成文件之后使用gdb进行调试 core-file加载定位文件。可以直接定位到出错位置。

验证core的状态

    int status =0;waitpid(id,&status,0);cout<<"父进程"<<getppid()<<"子进程"<<getpid()<<" 退出码："<< status&0x7f<<"是否 core"<<(status>>7&1)<<endl;

 一般生产环境为什么要关闭core

生产环境内存空间有限，因为有时候服务可能不可抗力导致一直重启，一直生产core文件，极有可能塞满内存空间出问题。

信号接口

kill：结束进程

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int signo);

向指定进程发送指定信号。

int raise(int signo); 这两个函数都是成功返回0,错误返回-1

自己给自己发送自己定义的信号。

#include

void abort(void);

就像exit函数一样,abort函数总是会成功的,所以没有返回值。  自己终止自己。想当于自己给自己发6号信号

系统调用本质上也就是操作系统，修改对应的数据结构。

软件条件产生的信号 

管道——独端不读，而且一直写，会发生什么？系统会自动终止通过发送信号的方式SIGPIPE.

include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds); 调用alarm函数可以设定一个闹钟,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。

#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
using namespace std;
#include<signal.h>
#include<string>int main()
{alarm(1);int count =0;while(1){cout<<"cout :"<<count++<<endl;}}

 这个代码是计算一秒钟count++了多少次

虽然这个数很大但是，相比于cpu的性能其实很拉跨，这是为什么呢？

cout大量IO很消耗时间，还有网络传输发送，导致非常慢。

闹钟有一个问题，一旦使用过就会自动移除。那么闹钟如果想要周期性的使用怎么办呢？

就需要信号捕获之后在处理方法中重新设定闹钟。

硬件产生的信号

硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核,然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除 以0的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释 为SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非 法内存地址,,MMU会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。

如何理解除0错误

数据在cpu上进行计,cpu上由寄存器，其中有一种状态寄存器。有对应的状态标记位，如果发生错误，os会自动进行计算之后的检测。这个状态是由cpu执行的，由操作系统检测。而出现硬件异常一般会打印消息然后退出。但是不退出也不是不行，不过即使不退出也没什么用。信号捕捉之后如果发生死循环这是，此刻的寄存器还是处于错误状态，没有进行复位。

如何理解野指针和越界问题

都必须通过地址，找到目标位置，语言上的地址都是虚拟地址，将语言上的虚拟地址转换成物理地址。页表+MMU(硬件)，找到地址。而野指针，和越界，在mmu转化的时候一定会报错。