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[嵌入式]信号深入学习

信号机制
信号特质
信号产生以及处理方式
- 信号产生
- 信号处理方式
阻塞信号集和未决信号集
- 阻塞信号集（信号屏蔽字）
- 未决信号集
信号查看
- 信号四要素
- 常用信号
kill函数/信号产生
alarm函数
setitimer函数
信号集操作函数
信号捕捉

信号机制

A给B发送信号，B收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行，先去处理信号，处理完毕后再继续执行程序。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现中断。

信号特质

由于信号是通过软件方法实现，其实现手段导致信号有很强的的延时性。但对于用户来说，这个延迟非常短，不易察觉
每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的，内核处理。

信号共性

1.简单
2.不能携带大量信息
3.满足某个特殊条件才能发送

信号产生以及处理方式

信号产生

按键产生 :Ctrl + c Ctrl + z Ctrl + \
系统调用产生: kill ,raise ,abort
软件条件产生 :定时器alarm
硬件异常产生：非法访问内存（段错误），除零（浮点数例外），内存对齐出错（总线错误）
命令产生：如： kill命令

递达：递送并到达进程
未决：产生和递达之间的状态，主要由于阻塞（屏蔽）导致该状态

信号处理方式

执行默认动作
忽略（丢弃）
捕捉（调用户处理函数）

阻塞信号集和未决信号集

Linux内核的进程控制块PCB是一个结构体，task struct 除了包含进程id，状态，工作目录，用户ID，
组ID，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决型号集

阻塞信号集（信号屏蔽字）

将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽x信号后，再收到该信号，该信号的处理将退后（解除屏蔽后）

未决信号集

1.信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为1，表示该信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为0，这一刻往往非常短暂。
2.信号产生后由于某些原因（主要是阻塞）不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集，在屏蔽解除前。信号一直处于未解决状态。

信号查看

kill -l

可以查看当前信号系统可以使用的信号有哪些
在这里插入图片描述
不存在编号为0的信号，其中1-31号信号称之为常规信号(也叫常规信号或标准信号)，34-64称之为实时信号，驱动编程与硬件相关。名字上区别不大。而前32个名字各不相同

信号四要素

信号编号，信号名称，信号对应事件，信号默认处理操作
可以使用下面命令查看

man 7 signal

在这里插入图片描述

常用信号

SIGHUP：1号信号，Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process（在控制终端上挂起信号，或让进程结束），ation：term

SIGINT：2号信号，Interrupt from keyboard（键盘输入中断，ctrl + c ），action：term

SIGQUIT：3号信号，Quit from keyboard（键盘输入退出，ctrl+ | ），action：core，产生core dump>>文件

SIGABRT：6号信号，Abort signal from abort(3)（非正常终止，double free），action：core

SIGKILL：9号信号，Kill signal（杀死进程信号），action：term，该信号不能被阻塞、忽略、自定义处理

SIGSEGV：11号信号，Invalid memory reference（无效的内存引用，解引用空指针、内存越界访问），action：core

SIGPIPE：13号信号，Broken pipe: write to pipe with no readers（管道中止: 写入无人读取的管道，会导致管道破裂），action：term

SIGCHLD：17号信号，Child stopped or terminated（子进程发送给父进程的信号，但该信号为忽略处理的）

SIGSTOP：19号信号，Stop process（停止进程），action：stop

SIGTSTP：20号信号，Stop typed at terminal（终端上发出的停止信号，ctrl + z），action：stop

具体的信号采取的动作和详细信息可查看：man 7 signal

kill函数/信号产生

kill命令产生信号：kill -SIGKILL pid

kill函数：给指定的进程发送指定信号（一定不杀死）

  int kill(pid_t pid, int sig);

成功：0
失败：-1
非法，普通用户杀死init进程等权级问题，设置error

pid>0:发送信号给指定进程
pid = 0:发送信号给与调用kill函数进程属于同一进程组的所有进程
pid<0&&pid!=-1:取 |pid| 发送给对应进程组
pid = -1：发送给进程有权限发送的系统中所有权限

eg:

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<signal.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    pid_t pid=fork();
    if(pid<0)
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    else  if(pid==0)//子进程
    {
        printf("child pid = %d ,ppid = %d\n",getpid(),getppid());
        sleep(2);
        kill(getppid(),SIGKILL);
    }
    else//父进程
    {
        printf("parent pid = %d\n",getpid());
        while(1);
    }

    return 0;
}

结果：
在这里插入图片描述

alarm函数

设置定时器（闹钟）。在指定seconds后，内核会给当前进程发送 14 SIGALRM信号。进程收到该信号，默认动作终止

 #include <unistd.h>
 unsigned int alarm(unsigned int seconds);

返回值：
上次定时剩余时间
无错误现象
定时，与进程状态无关（自然定时法）！就绪,运行，终止，挂起（阻塞，暂停），僵尸…无论进程处于何种状态，alarm都会计时。
eg: 编写程序测试你使用的计算机1秒能数对多少个数。

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<signal.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
   int i=0;
   alarm(1);
   while(1)
   printf("%d\n",i++);
   return 0;
}

time命令可以查看程序执行的时间
实际执行时间=系统时间+用户时间+等待时间
在这里插入图片描述

setitimer函数

setitimer函数为设置定时器（闹钟），可替代alarm函数，比alarm函数精确度更高，精度为微秒，可以实现周期定时。

函数头文件为 #include<sys/time.h>
函数原型为 int setitimer(int which,const struct itimerval *new_value,struct itimerval *old_value);

返回值
成功返回 0
失败返回 -1 error
参数

which：指定定时方式
1.自然定时：ITIMER_REAL 计算自然时间
2.虚拟空间记时（用户空间）：ITIMER_VIRTUAL 只计算进程占cpu的时间
3.运行时记时（用户+内核）：ITIMER_PROF 计算占用cpu及系统调用的时间
old_value：上次定时剩余时间
new_value：新计时时间

struct itimerval 结构体

 struct itimerval {
               struct timeval it_interval; /* Interval for periodic timer */
               struct timeval it_value;    /* Time until next expiration */
           };

           struct timeval {
               time_t      tv_sec;         /* seconds */
               suseconds_t tv_usec;        /* microseconds */
           };

在这里插入图片描述 eg ：编写程序测试你使用的计算机1秒能数对多少个数

#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>
int main()
{
    int i=0;
    struct itimerval new_t;
    struct itimerval old_t;
    new_t.it_interval.tv_sec=0;//周期定时  //秒
    new_t.it_interval.tv_usec=0;         //微妙
    new_t.it_value.tv_sec=1;//定时时长    //秒
    new_t.it_value.tv_usec=0;           //微妙
    if(setitimer(ITIMER_REAL,&new_t,&old_t)==-1)
    {
        perror("setitimer error");
        return -1;
    }
    while(1)
    printf("%d\n",++i);
    return 0;
}

信号集操作函数

自定义信号集操作函数

#include <signal.h>

       int sigemptyset(sigset_t *set);  //清空信号集，全置为零

       int sigfillset(sigset_t *set); //填满信号集 ，全置为一

       int sigaddset(sigset_t *set, int signum); //将一个信号添加到信号集中

       int sigdelset(sigset_t *set, int signum);//将一个信号从信号集中移除

       int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
       //判断一个信号是否在信号集合中（在返回1，不在返回0）

设置信号屏蔽字和解除屏蔽

    int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

参数：
how

SIG_BLOCK
设置阻塞

SIG_UNBLOCK
取消阻塞

SIG_SETMASK
用自定义set替换mask

set

自定义set

oldset

旧有的mask

查看未决信号集

  int sigpending(sigset_t *set);

set :传出的未决信号集
eg: 练习阻塞SIGNIT信号并查看

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
void print(sigset_t set)
{
    int i=0;
    for(i=0;i<32;i++)
    {
        if(sigismember(&set,i))
        putchar('1');
        else
        putchar('0');
    }
    printf("\n");
}
int main()
{
    sigset_t set;
    sigset_t oldset;
    sigset_t pedset;
    sigemptyset(&set);
    sigaddset(&set,SIGINT);
    sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oldset);
    sigpending(&pedset);
    print(pedset);
    while(1);
    return 0;
}

信号捕捉

signal函数

注册一个信号捕捉函数

 #include <signal.h>

 typedef void (*sighandler_t)(int);  //函数指针

 sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

eg:

#include<signal.h>
#include<stdio.h>
void sig_catch(int signo)
{
    printf("catch you ! %d\n",signo);
} 
int main()
{
    signal(SIGINT,sig_catch);
    while(1);
    return 0;
}

sigaction函数

修改信号处理动作（通常在Linux用其注册一个信号的捕捉函数）

  #include <signal.h>
  int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

参数：
act ：传入参数，新的处理方式
old：传出参数，旧的处理方式

 struct sigaction 
 {
      void     (*sa_handler)(int);  //捕捉到信号后要干的事情
      void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
      sigset_t   sa_mask;    //只作用于信号捕捉期间
      int        sa_flags;
      void     (*sa_restorer)(void);
 };

eg：捕捉信号SIGINT

#include<signal.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void sig_catch(int signo)
{
    printf("catch you ! %d\n",signo);
} 
int main()
{
    struct sigaction act,oldact;
    act.sa_handler = sig_catch;//set callback function name
    sigemptyset(&act.sa_mask);//清零set mask when sig_catch working
    act.sa_flags=0;            //usually use

    int ret=sigaction(SIGINT,&act,&oldact);
    if(ret==-1)
    {
        perror("error");
        exit(1);
    }
    while(1);
    return 0;
}

信号捕捉特性

1）进程正常运行时，默认PCB中有一个信号屏蔽字，假定为☆，它决定了进程自动屏蔽哪些信号。当注册了某个信号捕捉函数，捕捉到该信号以后，要调用该函数。而该函数有可能执行很长时间，在这期间所屏蔽的信号不由☆来指定。而是用sa_mask来指定。调用完信号处理函数，再恢复为☆。
2）XXX信号捕捉函数执行期间，XXX信号自动被屏蔽。
3）阻塞的常规信号不支持排队，产生多次只记录一次。（后32个实时信号支持排队）

测试：

#include<signal.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
void sig_catch(int signo)
{
    printf("catch you ! %d\n",signo);
    sleep(3);

} 
int main()
{
    struct sigaction act,oldact;
    act.sa_handler = sig_catch;//set callback function name
    sigemptyset(&act.sa_mask);//清零set mask when sig_catch working
    act.sa_flags=0;            //usually use

    int ret=sigaction(SIGINT,&act,&oldact);
    if(ret==-1)
    {
        perror("error");
        exit(1);
    }
    while(1);
    return 0;
}