【进程信号】信号阻塞的原理

常见信号术语

• 信号递达（Delivery）:实际执行信号的处理动作
• 信号未决（Pending）:信号从产生到递达的中间状态
• 信号阻塞（Block）：进程可以选择阻塞某一个信号，被阻塞的的信号保持在未决状态，直到接触阻塞才会被递达。
• 信号忽略：信号在递达之后的一种不作为。与阻塞不同，被阻塞的信号没有被递达。
• 捕获信号：进程通过自定义信号处理程序来处理信号，而不是使用系统的默认动作

信号在内核中的表示

对于信号的学习，我们将其分为三个部分：产生信号、接收信号、处理信号。现在我们已经知道了信号是如何产生的，那我们的进程又是如何接收信号的呢？换句话说，一个进程是如何知道操作系统给它发信号了呢？

Pending表

其实在进程的PCB里面有一个信号位图（Signal Bitmap），用于表示有哪些发送给该进程但是还没有被处理的信号。每一个位都表示一种信号，如果有信号发送给该进程，那么这个位图对应的信号位就会置为1。假如给进程发送一个3号信号，那么这个位图的第3位就会置为1。因为信号的发送与进程实际处理之间是异步的，所以发送信号之后进程可能不会立即处理这个信号。

这个信号位图也被称为Pending(未决)表

有了Pending表，进程就能知道接收了哪些信号并准备处理信号，而一个信号是否要被处理，则需要观察该信号是否被阻塞。此时需要查看进程的Block表的内容。（处理信号相当于和响应信号）

Block表

同样的，PCB里面还有一个位图表示被进程阻塞的信号集。其每一个比特位都表示一个信号编号，如果是1则表示该对应信号被阻塞，即使信号到达，进程也不会处理。直到信号从该Block表中移除。Block表起到的作用实际上就是一个信号掩码（sig mask）。

sigset_t

观察上面图片，信号的未决表和阻塞表都是位图结构，且每一个比特位的位置都是表示信号的编号。于是我们可以统一用一个数据类型sigset_t(位图)来储存pending表和Block表。这个类型可以表示每个信号的有效或者无效状态。在阻塞信号集中，有效表示阻塞，在pending信号集中，有效表示未决。

我们可以通过signal函数来自定义一个信号的处理动作，实际上就是修改handler数组中元素内容·

信号集操作函数

操作系统提供了一些函数来管理信号集（sigset_t，包括Block和pending表），以下是常见的信号集操作函数（都包含在signal.h头文件中）：

sigemptyset

功能：初始化一个空的信号集，即将信号集中所有信号清楚，也就是让信号集中的每一个比特位清0。

原型：

int sigemptyset(sigset_t *set);

• 将set指向的信号集清空
• 成功返回0，否则返回-1.

sigfillset

功能：初始化一个满的信号集，跟sigemptyset函数相反，让信号集中每一个比特位都置为1。

原型：

int sigfillset(sigset_t *set);

• 将set指向的信号集填满

• 成功返回0，否则-1.

sigaddset

功能：从信号集中添加一个指定的信号。

原型：

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

• 给set指向的信号集中添加一个signum信号
• 成功放回0，否则-1.

sigdelset

从信号集中删除一个指定的信号

原型：

int sigdelset(sigset_t* set,int signum);

• 从set指向的信号集中删除一个signum信号
• 成功返回0，失败则返回-1.

sigismember

功能：检查一个指定的信号是否在信号集中

原型：

int sigismember(const sigset_t *set,int signum);

• 如果set指向的信号集中有signum信号就返回1，不在返回0，查看失败返回-1。

sigprocmask

功能：检查或者修改信号屏蔽字（阻塞信号集）。用来阻塞或者解阻信号。

跟上面的sigaddset和sigdelset函数不一样的是，sigprocmask可以修改进程的Block表。

原型：

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

• how:指定操作类型。以下是常见的操作类型：

• SIG_BLOCK:将set指向的信号集中的信号添加到阻塞信号集中
• SIG_UNBLOCK：从阻塞信号集中移除set指向的信号集中的信号
• SIG_SETMASK:将set指向的信号集设置为新的阻塞信号集

• set指向一个sigset_t类型的对象，用于修改阻塞信号集。如果该参数为NULL，则表示不修改阻塞信号集。
• oldset:指向一个sigset_t类型的对象，用于存储被set修改之前的阻塞信号集。
• 成功返回0，失败返回-1.

sigpending

功能：获取当前进程的未决信号集（pending表）

原型：

int sigpending(sigset_t *set);

• 将set指向的信号集重置为当前进程的未决信号集
• 成功返回0，否则-1.

程序测试

为了更好的理解信号未决和信号阻塞。现在给出一个代码测试，观察其运行结果：

#include <iostream>
#include <signal.h>

using namespace std;

void PrintSet(sigset_t *set)
{
    for (int i = 31; i >= 1; i--)
    {
        if (sigismember(set, i))
        {
            putchar('1');
        }
        else
        {
            putchar('0');
        }
    }
    puts("");
}

int main()
{
    sigset_t s, p;
    sigemptyset(&s);//初始化信号集
    sigaddset(&s, SIGINT);//添加2号
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &s, NULL);
    while (1)
    {
        sigpending(&s);
        PrintSet(&s);
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

代码中阻塞了信号2（SIGINT）,也就是我们ctrl+c发出的信号。在接收到ctrl+c信号时，观察其Pending表的内容。

我们看到，按下ctrl+c后程序没有被终止，说明这个信号确实被阻塞了，然后未决表显示该信号一直出于未决状态，没有被递达。