Linux信号——信号的处理（3）

信号是什么时候被处理？

进程从内核态，切换到用户态的时候，信号会被检测处理。
内核态：操作系统的状态，权限级别高
用户态：你自己的状态

内核态和用户态

进程地址空间第三次
所谓的系统调用本质其实是一堆函数指针数组。
1.我们使用系统调用或者访问系统数据，其实还是在我们进程的地址空间内进行跳转的。

2.进程无论如何切换，总能找到OS
我们访问OS，本质是通过我的进程的地址空间的[3,4]GB来访问的。

3.操作系统是如何运行的
信号技术本来就是通过软件的方式，来模拟的硬件中断。
OS的周期时钟中断：非常高的频率，非常短的时间，给CPU发送中断——CPU不断进程处理中断。
操作系统是一个死循环，不断在接受外部的其他硬件中断。

4.操作系统不相信任何用户
必须要能区分当前用户的运行模式，所以就有了用户态和内核态。

信号是如何被处理？

捕捉信号还有其他方式吗？

#include <signal.h>

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

参数说明
signum: 要操作的信号编号（如 SIGINT、SIGTERM 等）
act: 指向新信号动作结构的指针，如果为 NULL 则不改变当前处理方式
oldact: 输出型参数，用于保存原信号动作结构的指针，如果为 NULL 则不保存
返回值
成功时返回 0，失败时返回 -1 并设置 errno。

struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int);         // 信号处理函数
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 替代的信号处理函数
    sigset_t sa_mask;                    // 执行处理函数时要阻塞的信号
    int      sa_flags;                   // 修改行为的标志
    void     (*sa_restorer)(void);       // 已废弃
};

关于sa_mask变量

1. 当某个信号的处理函数被调用时，内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字（屏蔽该信号）
2. 如果我们处理完对应的信号，该信号默认也会从信号屏蔽字中进行移除。（解除屏蔽该信号）
   为什么会这样？原因：不想让信号，嵌套式地对同一个信号进行捕捉处理。

用例子解释：

#include<iostream>
#include<signal.h>
void Print(sigset_t pending)
{
    std::cout<<" curr process pending: ";
    for(int sig = 31;sig > 0;sig--)
    {
        if(sigismember(&pending,sig)) std::cout << "1";
        else std::cout <<"0";
    }
    std::cout << std::endl;
}
void handler(int signo)
{
    std::cout << "signal: " << signo <<std::endl;
    //不断获取当前进程的pending信号集并打印
    sigset_t pending;
    sigemptyset(&pending);
    while(true)
    {
        sigpending(&pending);
        Print(pending);
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    struct sigaction act,oact;
    act.sa_handler = handler;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);

    sigaction(2,&act,&oact);
    while(true)sleep;
}

在调用信号处理函数时，除了当前信号被自动屏蔽外，还希望自动屏蔽另外一些信号，则要用sa_mask字段说明。
例子：

int main()
{
    struct sigaction act,oact;
    act.sa_handler = handler;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaddset(&act.sa_mask,3);
    sigaddset(&act.sa_mask,4);
    sigaddset(&act.sa_mask,5);
    //除了屏蔽当前正在处理的函数，还屏蔽3,4,5号信号
    sigaction(2,&act,&oact);
    while(true)sleep;
}

子进程信号版的进程退出

子进程退出，父进程不wait，子进程就会僵尸。
子进程退出，不是默默退出的，会在退出的时候，向父进程发送信号（17.SIGHLD）
如何证明？

#include<iostream>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
void handler(int signo)
{
    std::cout <<"child quit, father get a signo: "<< signo << std::endl;
}
int main()
{
    signal(SIGCHLD,handler);

    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        int cnt = 5;
        while(cnt--)
        {
            std::cout<<"I am child process: "<<getpid()<<std::endl;
            sleep(1);
        }
        std::cout<<"child process died"<<std::endl;
        exit(0);
    }
    //father
    while(true) sleep(1);

    return 0;
}

结果：确实子进程退出时向父进程发送了17号信号

所以当子进程退出时，发送17号信号，刚好我们将信号进行捕获，自定义处理信号，将该子进程进行回收，就有如下代码。

#include<iostream>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

void handler(int signo)
{
    std::cout <<"child quit, father get a signo: "<< signo << std::endl;
}

void CleanupChild(int signo)
{
    //v1
    // if(signo == SIGCHLD)
    // {
    //     pid_t rid = waitpid(-1,nullptr, 0);//-1表示任意一个子进程
    //     if(rid >0)
    //     {
    //         std::cout << "wait child success: " << rid << std::endl;
    //     }
    // }

    //v2-同时退出一百个进程
    // if(signo == SIGCHLD)
    // {
    // //但是如果同时要回收100个子进程，这时pending位图中在短时间内只能保存一次信号，所以加上循环，不停的回收
	//     while(true)
	//     {
	//         pid_t rid = waitpid(-1,nullptr, 0);//-1：表示任意一个子进程
	//         if(rid >0)
	//         {
	//             std::cout << "wait child success: " << rid << std::endl;
	//         }
	//         else if(rid <= 0) break;
	//     }
    // }
    //v3-50个进程退出，50个进程没有退出
    if(signo == SIGCHLD)
    {
    //但是如果同时要回收100个子进程，这时pending位图中在短时间内只能保存一次信号，所以加上循环，不停的回收
	    while(true)
	    {
	        pid_t rid = waitpid(-1,nullptr, WNOHANG);//-1：表示任意一个子进程//以非阻塞方式等待
	        if(rid >0)
	        {
	            std::cout << "wait child success: " << rid << std::endl;
	        }
	        else if(rid <= 0) break;
	    }
    }
    std::cout <<"wait sub process done"<<std::endl;
}
int main()
{
    signal(SIGCHLD,CleanupChild);

    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        int cnt = 5;
        while(cnt--)
        {
            std::cout<<"I am child process: "<<getpid()<<std::endl;
            sleep(1);
        }
        std::cout<<"child process died"<<std::endl;
        exit(0);
    }
    //father
    while(true) sleep(1);

    return 0;
}

版本v1
特点：

1. 使用阻塞方式等待(options=0)
2. 每次只能回收一个子进程

问题：

1. 如果有多个子进程同时退出，可能会丢失信号
2. 阻塞调用可能会影响主程序执行

版本v2
改进：

1. 通过循环可以回收多个子进程，解决了多个子进程同时退出的问题。

问题：

1. 仍然是阻塞调用，如果子进程没有退出会一直阻塞。

版本v3
优点：

1. 使用 WNOHANG 非阻塞选项，不会阻塞主程序执行。
2. 可以一次性回收所有已退出的子进程。

更简单的回收子进程的方式

直接忽略它，将SIGCHLD设置成SIG_IGN，即 signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
这样子进程在终止时会被自动清理掉，不会产生僵尸进程，也不会通知父进程。
缺点：仅仅只是退出进程，无法通过自定义函数的方式获取子进程的id，退出码等相关信息。

注：SIGCHLD的默认处理动作是IGN（忽略），为什么还要手动设置成SIG_IGN?
这是系统的一个特性，仅在Linux环境下。
设置系统层的IGN，进程终止时，会产生僵尸进程。
设置用户层的SIG_IGN，系统会将进程终止，不产生僵尸进程。