🌇前言
信号从产生到执行，并不会被立即处理，这就意味着需要一种 “方式” 记录信号是否产生，对于 31 个普通信号来说，一个 int 整型就足以表示所有普通信号的产生信息了；信号还有可能被 “阻塞”，对于这种多状态、多结果的事物，操作系统会将其进行描述、组织、管理，这一过程称为 信号保存 阶段
足球场上的计分系统，用于记录球队得分信息
🏙️正文
1、再次认识信号
补充 信号传递 的相关概念
1.1、概念
信号 传递过程：信号产生 -> 信号未决 -> 信号递达
- 信号产生（
Produce）：由四种不同的方式发出信号 - 信号未决（
Pending）：信号从 产生 到 执行 的中间状态 - 信号递达（
Delivery）：进程收到信号后，对信号的处理动作
在这三种过程之前，均有可能出现 信号阻塞 的情况
- 信号阻塞（
Block）：使信号传递 “停滞”，无论是否产生，都无法进行处理
信号递达后的三种处理方式：
SIG_DFL默认处理动作，大多数信号最终都是终止进程SIG_IGN忽略动作，即进程收到信号后，不做任何处理动作handler用户自定义的信号执行动作
注意：
- 信号阻塞 是一种手段，可以发生在 信号处理 前的任意时段
- 信号阻塞 与 忽略动作 不一样，虽然二者的效果差不多：什么都不干，但前者是 干不了，后者则是 不干了，需要注意区分
1.2、感性理解
将 信号传递 的过程比作 网上购物
可以抽象出以下概念：
- 信号产生：在某某购物平台上下达了订单
- 信号未决：订单下达后，快递的运输过程
- 信号递达：快递到达驿站后，你对于快递的处理动作
- 信号阻塞：快递运输过程中堵车了
只要你下单了，你的手机上肯定会有 物流信息（未决信息已记录），当 快递送达后（信号递达），物流记录 不再更新
而 堵车 是一件不可预料的事情，也就是说：在下单后，快递可能一会儿送达（没有阻塞），可能五天送达（阻塞 -> 解除阻塞），有可能永不送达，因为快递可能永远堵车（阻塞）
堵车也有可能在你下单前发生（信号产生前阻塞）
至于 信号递达后的处理动作 如何理解呢？
- 快递送达后，正常拆快递（默认动作）
- 快递送达后，啥也不干，就是玩（忽略）
- 快递送达后，直接把快递退回去（用户自定义）
当然，用户自定义的情况可以有很多种，也有可能是直接把快递扔了
综上，网购的整个过程可以看作 信号传递过程，本文探讨的是 信号保存阶段，即 物流信息
1.3、在内核中的表示
对于传递中的信号来说，需要存在三种状态表达：
- 信号是否阻塞
- 信号是否未决
- 信号递达时的执行动作
在内核中，每个进程都需要维护这三张与信号状态有关的表：block 表、pending 表、handler 表
所谓的 block 表 和 pending 表 其实就是 位图结构
一个 整型 int 就可以表示 31 个普通信号（实时信号这里不讨论）
- 比如
1号信号就是位图中的0位置处，0表示 未被阻塞/未产生未决，1则表示 阻塞/未决 - 对于信号的状态修改，其实就是修改 位图 中对应位置的值（
0/1） - 对于多次产生的信号，只会记录一次信息（实时信号则会将冗余的信号通过队列组织）
如何记录信号已产生 -> 未决表中对应比特位置置为
1？
- 假设已经获取到了信号的
pending表- 只需要进行位运算即可：
pending |= (1 << (signo - 1))- 其中的
signo表示信号编号，-1是因为信号编号从1开始，需要进行偏移如果想要取消 未决 状态也很简单：
pending &= (~(1 << (signo - 1)))至于 阻塞
block表，与pending表 一模一样
对于上图的解读：
SIGHUP信号未被阻塞，未产生，一旦产生了该信号，pending表对应的位置置为1，当信号递达后，执行动作为默认SIGINT信号被阻塞，已产生，pending表中有记录，此时信号处于阻塞状态，无法递达，一旦解除阻塞状态，信号递达后，执行动作为忽略该信号SIGQUIT信号被阻塞，未产生，即使产生了，也无法递达，除非解除阻塞状态，执行动作为自定义
阻塞 block 与 未决 pending 之间并没很强的关联性，阻塞不过是信号未决的延缓剂
- 信号在 产生 之前，可以将其 阻塞，信号在 产生 之后（未决），依然可以将其 阻塞
至于 handler 表是一个 函数指针表，格式为：返回值为空，参数为 int 的函数
可以看看 默认动作 SIG_DEL 和 忽略动作 SIG_IGN 的定义
/* Type of a signal handler. */ typedef void (*__sighandler_t) (int); /* Fake signal functions. */ #define SIG_ERR ((__sighandler_t) -1) /* Error return. */ #define SIG_DFL ((__sighandler_t) 0) /* Default action. */ #define SIG_IGN ((__sighandler_t) 1) /* Ignore signal. */
默认动作就是将 0 强转为函数指针类型，忽略动作则是将 1 强转为函数指针类型，分别对应 handler 函数指针数组表中的 0、1 下标位置；除此之外，还有一个 错误 SIG_ERR 表示执行动作为 出错
简单对这三张表作一个总结，
task_struct中存在：
block表（位图结构）比特位的位置，表示哪一个信号；比特位的内容代表 是否 对应信号被阻塞pending表（位图结构）比特位的位置，表示哪一个信号；比特位的内容代表 是否 收到该信号handler表（函数指针数组）该数组的下标，表示信号编号；数组的特定下标的内容，表示该信号递达后的执行动作
1.4、sigset_t 信号集
无论是 block 表 还是 pending 表，都是一个位图结构，依靠 除、余 完成操作，为了确保不同平台中位图操作的兼容性，将信号操作所需要的 位图 结构封装成了一个结构体类型，其中是一个 无符号长整型数组
/* A `sigset_t' has a bit for each signal. */ # define _SIGSET_NWORDS (1024 / (8 * sizeof (unsigned long int))) typedef struct { unsigned long int __val[_SIGSET_NWORDS]; } __sigset_t; #endif
注：_SIGSET_NWORDS 大小为 32，所以这是一个可以包含 32 个 无符号长整型 的数组，而每个 无符号长整型 大小为 4 字节，即 32 比特，至多可以使用 1024 个比特位
sigset_t 是信号集，其中既可以表示 block 表信息，也可以表示 pending 表信息，可以通过信号集操作函数进行获取对应的信号集信息；信号集 的主要功能是表示每个信号的 “有效” 或 “无效” 状态
block表 通过信号集称为 阻塞信号集或信号屏蔽字（屏蔽表示阻塞），pending表 通过信号集中称为 未决信号集
如何根据 sigset_t 位图结构进行比特位的操作？
- 假设现在要获取第
127个比特位 - 首先定位数组下标（对哪个数组操作）：
127 / (8 * sizeof (unsigned long int)) = 3 - 求余获取比特位（对哪个比特位操作）：
127 % (8 * sizeof (unsigned long int)) = 31 - 对比特位进行操作即可
- 假设待操作对象为
XXX - 置
1：XXX._val[3] |= (1 << 31) - 置
0：XXX._val[3] &= (~(1 << 31))
所以可以仅凭 sigset_t 信号集，对 1024 个比特位进行任意操作，关于 位图 结构的实现后续介绍
2、信号集操作函数
对于 信号 的 产生或阻塞 其实就是对 block 和 pending 两张表的 增删改查
2.1、增删改查
对于 位图 的 增删改查 是这样操作的：
- 增：
|操作，将比特位置为1 - 删：
&操作，将比特位置为0 - 改：
|或&操作，灵活变动 - 查：判断指定比特位是否为
1即可
比特作为基本单位，不推荐让我们直接进行操作，操作系统也不同意，于是提供了一批 系统接口，用于对 信号集 进行操作
#include <signal.h> int sigemptyset(sigset_t *set); //初始化信号集 int sigfillset(sigset_t *set); //初识化信号集 int sigaddset(sigset_t *set, int signum); //增 int sigdelset(sigset_t *set, int signum); //删 int sigismember(const sigset_t *set, int signum); //查
这些函数都是 成功返回 0，失败返回 -1
至于参数，非常简单，无非就是 待操作的信号集变量、待操作的比特位
注意：在创建 信号集 sigset_t 类型后，需要使用 sigemptyset 或 sigfillset 函数进行初始化，确保 信号集 是合法可用的
2.2、sigprocmask
sigprocmask 函数可用用来对 block 表 进行操作
#include <signal.h> int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
返回值：成功返回 0，失败返回 -1 并将错误码设置
参数1：对 屏蔽信号集 的操作
SIG_BLOCK希望添加至当前进程block表 中阻塞信号，从set信号集中获取，相当于mask |= setSIG_UNBLOCK解除阻塞状态，也是从set信号集中获取，相当于mask &= (~set)SIG_SETMASK设置当前进程的block表为set信号集中的block表，相当于mask = set
参数2：就是一个信号集，主要从此信号集中获取屏蔽信号信息
参数3：也是一个信号集，保存进程中原来的 block 表（相当于给你操作后，反悔的机会）
这个函数就是 参数 1 比较有讲究，主打的就是一个 从 set 信号集 中获取阻塞信号相关信息，然后对进程中的 block 表进行操作，并且有三种不同的操作方式
演示程序1：将 2 号信号阻塞，尝试通过 键盘键入 发出 2 信号
#include <iostream> #include <unistd.h> #include <signal.h> using namespace std; int main() { //创建信号集 sigset_t set, oset; //初始化信号集 sigemptyset(&set); sigemptyset(&oset); //阻塞2号信号 sigaddset(&set, 2); //2 号信号被记录 //设置当前进程的 block 表 sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset); //死循环 while(true) { cout << "我是一个进程，我正在运行" << endl; sleep(1); } return 0; }
显然，当 2 号信号被阻塞后，是 无法被递达 的，进程也就无法终止了
演示程序2：在程序运行五秒后，解除阻塞状态
#include <iostream> #include <unistd.h> #include <signal.h> using namespace std; int main() { // 创建信号集 sigset_t set, oset; // 初始化信号集 sigemptyset(&set); sigemptyset(&oset); // 阻塞2号信号 sigaddset(&set, 2); //2 号信号被记录 // 设置当前进程的 屏蔽信号集 sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset); // 死循环 int n = 0; while (true) { if (n == 5) { // 采用 SIG_SETMASK 的方式，覆盖进程的 block 表 sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr); // 不接收进程的 block 表 } cout << "我是一个进程，我正在运行" << endl; n++; sleep(1); } return 0; }
现象：在 2 号信号发出、程序运行五秒解除阻塞后，信号才被递达，进程被终止
如何证明信号已递达？
- 当
n == 5时，解除阻塞状态，程序立马结束 - 并只打印了 五条 语句，证明在第六秒时，程序就被终止了
- 至于如何进一步证明，需要借助 未决信号表
2.3、sigpending
这个函数很简单，获取当前进程中的 未决信号集
#include <signal.h> int sigpending(sigset_t *set);
返回值：成功返回 0，失败返回 -1 并将错误码设置
参数：待获取的 未决信号集
如何根据 未决信号集 打印
pending表
- 使用函数
sigismember判断当前信号集中是否存在该信号，如果存在，输出1，否则输出0- 如此重复，将
31个信号全部判断打印输出即可
所以可以将上面的 演示程序 修改下：
#include <iostream> #include <cassert> #include <unistd.h> #include <signal.h> using namespace std; static void DisplayPending(const sigset_t pending) { //打印 pending 表 cout << "当前进程的 pending 表为: "; int i = 1; while(i < 32) { if(sigismember(&pending, i)) cout << "1"; else cout << "0"; i++; } cout << endl; } int main() { // 创建信号集 sigset_t set, oset; // 初始化信号集 sigemptyset(&set); sigemptyset(&oset); // 阻塞2号信号 sigaddset(&set, 2); //记录 2 号信号 // 设置当前进程的 屏蔽信号集 sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset); // 死循环 int n = 0; while (true) { if (n == 5) { // 采用 SIG_SETMASK 的方式，覆盖进程的 block 表 sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr); // 不接收进程的 block 表 } //获取进程的 未决信号集 sigset_t pending; sigemptyset(&pending); int ret = sigpending(&pending); assert(ret == 0); (void)ret; //欺骗编译器，避免 release 模式中出错 DisplayPending(pending); n++; sleep(1); } return 0; }
结果：当 2 号信号发出后，当前进程的 pending 表中的 2 号信号位被置为 1，表示该信号属于 未决 状态，并且在五秒之后，阻塞结束，信号递达，进程终止
疑问：当阻塞解除后，信号递达，应该看见 pending 表中对应位置的值由 1 变为 0，但为什么没有看到？
- 很简单，因为当前
2号信号的执行动作为终止进程，进程都终止了，当然看不到 - 解决方法：给
2号信号先注册一个自定义动作（别急着退出进程）
所以改进后的代码如下：
#include <iostream> #include <cassert> #include <unistd.h> #include <signal.h> using namespace std; static void handler(int signo) { cout << signo << " 号信号确实递达了" << endl; //最终不退出进程 } static void DisplayPending(const sigset_t pending) { // 打印 pending 表 cout << "当前进程的 pending 表为: "; int i = 1; while (i < 32) { if (sigismember(&pending, i)) cout << "1"; else cout << "0"; i++; } cout << endl; } int main() { // 更改 2 号信号的执行动作 signal(2, handler); // 创建信号集 sigset_t set, oset; // 初始化信号集 sigemptyset(&set); sigemptyset(&oset); // 阻塞2号信号 sigaddset(&set, 2); //记录 2 号信号 // 设置当前进程的 屏蔽信号集 sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oset); // 死循环 int n = 0; while (true) { if (n == 5) { // 采用 SIG_SETMASK 的方式，覆盖进程的 block 表 sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, nullptr); // 不接收进程的 block 表 } // 获取进程的 未决信号集 sigset_t pending; sigemptyset(&pending); int ret = sigpending(&pending); assert(ret == 0); (void)ret; // 欺骗编译器，避免 release 模式中出错 DisplayPending(pending); n++; sleep(1); } return 0; }
显然，这就是我们想要的最终结果
先将信号 阻塞，信号发出后，无法 递达，始终属于 未决 状态，当阻塞解除后，信号可以 递达，信号处理之后，未决 表中不再保存信号相关信息，因为已经处理了
综上，信号在发出后，在处理前，都是保存在 未决表 中的
注意：
- 针对信号的 增删改查 都需要通过 系统调用 来完成，不能擅自使用位运算
sigprocmask、sigpending这两个函数的参数都是 信号集，前者是 屏蔽信号集，后者是 未决信号集- 在对 信号集 进行增删改查前，一定要先初始化
- 信号在被解除 阻塞状态 后，很快就会 递达 了
- 关于信号何时递达、以及递达后的处理动作，在下一篇文章中揭晓
以上关于 信号、信号集 的操作都是在进程中进行的，不影响操作系统
🌆总结
以上就是本次关于 Linux进程信号【信号保存】的全部内容了，在本文中，我们首先再一次对信号有了较深的理解，知道了在内核中存在三张表记录信号的处理流程，然后我们学习了信号集的操作函数，模拟实现了 阻塞信号 - 产生信号 - 未决信号 - 解除阻塞 - 递达信号 的全过程，最终证明 信号在产生之后是保存在 未决表 中的
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