信號

信號
- 基礎和概念
  - 信號處置
    - 信號處理器
    - 改變信號處置：signal()
    - 改變信號處置：sigaction()
    - struct sigaction
    - 信號資訊的攜帶：siginfo_t
    - 父子信號處理
  - 信號發送
    - 發送信號：kill()
      - 信號發送的權限
      - 舉例
    - 向自己發送信號：raise()
    - sigqueue()
    - 行程組通知：killpg()
    - 等待信號：pause()
    - 顯示信號資訊：strsignal()
  - 信號集
    - 初始化信號集
    - 操作信號集
    - GNU C的拓展
  - 信號掩碼
    - 信號傳遞的阻塞：
    - sigprocmask函式
- 信號處理器
  - 概念
    - 可重入函式
    - 異步信號安全函式
- 計時器與休眠
  - 計時器
    - 間隔計時器
  - 休眠
    - 高精度

總結自Unix手冊第20 21 22章

信號產生的程序：信號因某事件而產生，稍后（信號的產生和傳遞之間存在時間間隔，這個時間間隔可能是因為行程正在執行某個系統呼叫，因此在這個系統呼叫回傳前，信號不會被傳遞，此時信號處于等待（pending狀態）被傳遞至指定行程，行程接收信號后作出回應，

基礎和概念

信號處置

信號處理器

信號處理器：信號被捕獲時呼叫的函式，該函式由內核代表行程進行呼叫，保證可以隨時打斷接收信號的行程，信號處理器的設計應該力求簡單，信號處理器形如

void handler(int sig)
{

}

傳入信號的編號，處理器可以根據信號種類的不同選擇性的執行一些代碼，也就是說，一個信號處理器可以用來處理多種不同的信號，

改變信號處置：`signal()`

signal函式不如sigaction函式優秀，前者在不同UNIX實作中存在差異，但后者使用更加復雜（功能也更強大）

#include <signal.h>

sig_t signal(int sig, sig_t handler)

sig希望改變處理行為的信號編號
handler指明改變后信號處理函式，一般這個函式具有這樣的形式

改變信號處置：`sigaction()`

int sigaction(int sig, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

sig信號
const struct sigaction *act：是一個指標，指向描述信號新處置方式的資料結構，具體使用見下
struct sigaction *oldact：回傳之前信號處置的資訊

`struct sigaction`

struct sigaction
{
    union
    {
        void (*sa_handler)(int);
        void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t * , void * );
    } sigaction_handler;
    // 信號的集合，用于記錄被阻塞的信號 需要用特定函式處理
    sigset_t sa_mask;
    // 指明信號處理的行為
    int sa_flags;
    void (*sa_restorer) (void);
};

sigaction_handler：（匿名聯合體，存在于結構體或聯合體中，使用時不需要通過聯合體名，可以直接使用）
- sa_handler為函式指標，對應signal()中的handler函式
  - 可以指向SIG_DEL，SIG_IGN常量之一
  - 可以自定信號處理器
    - 只有使用自定義函式，sa_mask和sa_flags的設定才有意義
- sa_sigaction函式指標，可以完成復雜的信號作業
sa_mask用于設定信號處理器執行時阻塞的信號，
- 使用細節是：內核呼叫信號處理器之前，將sa_mask中設定掩碼的信號添加到行程的信號掩碼中，直至信號處理器函式回傳，再從行程的信號掩碼中移除之前添加的信號，
sa_flags是位掩碼，設定需要使用|
- SA_SIGINFO
  - 發送信號時發送附加資訊，信號處理器要宣告成void handler(int sig, siginfo_t *info, void *context);
sa_restorer沒看到如何用，空下

信號資訊的攜帶：`siginfo_t`

一個非常復雜的結構體，未了解，

父子信號處理

父行程創建子行程，子行程繼承父行程信號處理方式，直到子行程呼叫exec函式，exec函式將呼叫者的信號處理方式還原成默認，

信號發送

發送信號：`kill()`

不是去扼殺行程，而是只發送信號，只是早期UNIX實作中大多數信號的功能是終止行程，

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

pid標識一個或多個目標行程
- pid > 0：pid為指定行程
- pid == 0：pid發送信號給發送信號所在的行程同組的每個行程
  - 也就是所有子行程
- pid < -1：向組ID為-pid的行程組內所有下屬行程
- pid == -1：呼叫行程有權發送的所有行程（如果使用ssh連接服務器實驗，執行后發現ssh斷了）

信號發送的權限

發送信號必須滿足發送信號的行程和接收信號的行程的用戶ID相同，或者是發送信號的行程的用戶是root，

舉例

// 這個是發送信號的代碼
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int result, i;
    if(argc > 1)
    {
        result = kill(atoi(argv[1]), SIGINT);
        printf("result = %d\n", result);
    }
    return 0;
}

// 這個是接收信號的代碼
// 只是一個耗時間的計算，注意不能用sleep代替，因為sleep會使行程掛起
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    printf("%d\n", getpid());// 輸出此行程的pid
    int i = 0;
    double x = 5, y = 0.9548, e = 2.7;
    for(i = 0; i < 500000000; i++)
    {
        x = x * e + (x - i) * e - 3.65 * (y - e);
        y = y * (x - e);
        x -= y;
    }
    printf("%f\n", x);
    return 0;
}

// 測驗kill(0, SIGINT);
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void handler(int sig);

int main(int argc, char **argv)
{
    signal(SIGINT, handler);
    pid_t father = getpid(), son[10];
    for (size_t i = 0; i < 3; i++)
    {
        if (getpid() == father)
        {
            son[i] = fork();
            if (son[i] != 0)
            {
                printf("when %ld : %d -> %d\n", i, father, son[i]);
            }
            else
            {
                sleep(2);// 子行程休眠，等待父行程發送信號
                printf("%d is safe\n", getpid());
            }
        }
    }
    if (getpid() == father)
    {
        sleep(1);  // 如果不加這句話，可能子行程被創建但沒來得及執行就被kill了資訊
        kill(0, SIGINT);
        printf("%d is safe\n", getpid());
        sleep(2);
    }
    return 0;
}

void handler(int sig)
{
    printf("%d use handler SIGINT\n", getpid());
}

向自己發送信號：`raise()`

int raise(int sig);

對于單執行緒：相當于kill(getpid(), sig);
對于非單執行緒：相當于pthread_kill(pthread_self(), sig);

由于信號的處理有內核呼叫信號處理器完成，所以行程使用raise時，信號立即傳遞并被處理，甚至在raise呼叫回傳前，raise函式呼叫成功回傳0，失敗（唯一的失敗是EINVAL，sig無效）回傳非0值

/**
 * 
 * 所以這個函式一定是先輸出handle done
 * 再輸出result
 * 
 */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

void handler(int sig)
{
    printf("handle done\n");
}

int main(int argc, char **argv)
{
    signal(SIGINT, handler);
    int result = raise(SIGINT);
    printf("%d\n", result);
    return 0;
}

`sigqueue()`

向行程發送信號，沒用過也沒實驗過

int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);

行程組通知：`killpg()`

#include <signal.h>

int killpg(pid_t pgrp, int sig)

向某一行程組的所有成員發送信號，相當于kill(-pgrp, sig);

等待信號：`pause()`

暫停行程執行，知道信號處理器被呼叫，中斷pause，被中斷程式回傳-1，并設定errno，

#include <unistd.h>

int pause();

顯示信號資訊：`strsignal()`

有三種顯示的方式

sys_siglist陣列，使用sys_siglist[SIGXXX]獲得信號的描述
strsignal()函式，回傳信號描述的字串，推薦使用strsignal()函式，因為會有安全的邊界檢查，而且該函式設定了地區敏感，可以顯示本地語言（沒感覺出來）
psignal()函式，在標準錯誤設備上輸出msg資訊和sig的描述

#define _BSD_SOURCE
// 5.4.0-70-generic下使用這個紅出現了警告
// # warning "_BSD_SOURCE and _SVID_SOURCE are deprecated, use _DEFAULT_SOURCE"
#include <signal.h>
extern const char *const sys_siglist[];

#define _GNU_SOURCE
#include <string.h>
char *strsignal(int sig)

#include <signal.h>
void psignal(int sig, const char *msg);

信號集

用于表述多個信號的資料結構，sigset_t，這在Linux上以為掩碼形式存在，

初始化信號集

sigemptyset()以空的形式初始化信號集，sigfillset()以填充所有信號的形式初始化，SUSv3只要求對sigset_t賦值即可，sigset_t其實可以用手動賦值，但這樣有損于可移植性，而Linux使用函式實作，增強了可移植性，

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *__set)
int sigfillset(sigset_t *__set)

操作信號集

分別有從信號集中添加和刪去某個信號，或是判斷這個信號是否在信號集中

#include <signal.h>

int sigaddset(sigset_t *set, int sig)
int sigdelset(sigset_t *set, int sig)
int sigismember(sigset_t *set, int sig);
int sigpending(sigset_t *set);

sigismember：sig存在于set中回傳1，否則回傳0
sigpending：回傳呼叫行程處于等待的信號

GNU C的拓展

需要在宏中添加#define _GNU_SOURCE

具體的三個函式這里沒有寫

信號掩碼

信號傳遞的阻塞：

每個行程擁有一個信號掩碼，由內核維護，記錄著需要阻塞的信號，如果內核發送該行程的信號掩碼中記錄的信號給該行程，那么這個信號會被阻塞，除非從行程掩碼中移除，更進一步，信號掩碼可以細致到執行緒級別

sigprocmask函式

修改該行程的信號掩碼
獲得該行程的信號掩碼
- 設定set為NULL且how為SIG_BLOCK，可以用oldset中獲得信號掩碼

#include <signal.h>

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

how指定了函式的具體行為
- SIG_BLOCK，將set信號集中的信號添加到信號掩碼中
- SIG_UNBLOCK，將set中的信號從掩碼中移除
- SIG_SETMASK，將set信號集賦值給掩碼
set指定的程式需要處理的信號的信號集
oldset得到修改之前的信號掩碼

信號處理器

概念

信號處理器和主程式是兩條獨立的執行緒，同屬于同一行程，

可重入函式

同一行程多個執行緒看同時安全（產生預期的結果）呼叫的函式

要求

只是用本地變數

不可重入函式的特點

使用全域變數和靜態資料結構可能是不可重入
使用靜態分配的記憶體，這次呼叫會覆寫上次呼叫的資訊

常見不可重入函式舉例

不可重入
- malloc函式族

異步信號安全函式

可重入或信號處理器函式無法中斷的函式

計時器與休眠

定時器精度問題：沒有寫，見UNIX編程手冊23.2章和10.6章

計時器

linux對每個行程設定3個計時器計時器的種類有：

	真實計時器	虛擬計時器	實用計時器
C語言中的值	`ITIMER_REAL`	`ITIMER_VIRTUAL`	`ITIMER_PROF`
記錄時間	程式運行的總時間	在用戶態的時間之和	在用戶態和內核態的時間之和
到期發送信號	`SIGALRM`	`SIGVTALRM`	`SIGPROF`

對這些信號的默認處理是終止行程，除非自定義信號處理函式，

間隔計時器

計時器資料結構：

struct itimerval
{
    struct timeval it_interval;
    struct timeval it_value;
};

struct timeval  // 時間的資料結構
{
    long tv_sec;		// Seconds
    long tv_usec;	    // Microseconds
};

系統使用settimer創建定時器

#include <sys/times.h>

int setitimer(int which, const struct itimerval *new, struct itimerval *old)

which指明需要創建哪種計時器
- 使用C語言預定義值指明
new
- it_value指明定時器到期的計時時間
  - 兩個值都為0表示屏蔽計時器
  - 值表示初始的間隔時間，即第一次發送信號的時間間隔
- it_interval指明定時器是否是周期性定時器
  - 為0時不表示間隔時間是0，而是表示計時器不是周期性的，是一次性的
  - 不為0時表示計時value后每次間隔interval再發送信號
old
- old不為NULL時，則該值指向函式設定計時器時的前一個設定，用于計時器設定的還原

函式行為：計時器會從new.it_value開始倒計時直到0為止，遞減至0時發送信號，若new.it_interval != 0，重置并開始計時

一個行程只能擁有三種計時器的一種，所以之后再次呼叫setitimer時會修改上一次的設定值

#include <sys/times.h>

int getitimer(int which, struct itimerval *value)

獲得當前計時器的狀態，類似于setitimer中的old

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds)

設定一個sedonds秒后到期的計時器，到期時發送SIGALRM信號，（這也會覆寫之前的設定，alarm(0)表示屏蔽所有計時器）

休眠

#include <unistd.h>

unsigned int sleep(unsigned int seconds);  // 休眠seconds秒

void usleep(unsigned long usec);  // 休眠usec * 10 ^ -6秒


// 這兩個函式已經進行一次抽象了
// 等價于呼叫
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
int pause(void);

sleep函式正常休眠，回傳0，如果因為信號中斷休眠，回傳剩余休眠的時間，

高精度

#include <time.h>

int nanosleep(const struct timespec *requested_time, struct timespec *remaining)

struct timespec
{
    long tv_sec;		/* Seconds.  */
    long tv_nsec;	    /* Nanoseconds.  */
};

該函式的實作不依賴與信號，so？？？

requested_time
- 指明休眠時間，支持納秒級別

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標籤：C

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改變信號處置：signal()

改變信號處置：sigaction()

struct sigaction

信號資訊的攜帶：siginfo_t

父子信號處理

信號發送

發送信號：kill()

信號發送的權限

舉例

向自己發送信號：raise()

sigqueue()

行程組通知：killpg()

等待信號：pause()

顯示信號資訊：strsignal()

信號集

初始化信號集

操作信號集

GNU C的拓展

信號掩碼

信號傳遞的阻塞：

sigprocmask函式

信號處理器

概念

可重入函式

異步信號安全函式

計時器與休眠

計時器

間隔計時器

休眠

高精度

改變信號處置：`signal()`

改變信號處置：`sigaction()`

`struct sigaction`

信號資訊的攜帶：`siginfo_t`

發送信號：`kill()`

向自己發送信號：`raise()`

`sigqueue()`

行程組通知：`killpg()`

等待信號：`pause()`

顯示信號資訊：`strsignal()`