1.基本概念
中斷:
中斷是系統對於異步事件的響應
中斷信號
中斷源
現場信息
中斷處理程序
中斷向量表
異步事件的響應：進程執行代碼的過程中可以隨時被打斷，然后去執行異常處理程序
生活中的中斷和計算機系統中的中斷
1） 無中斷生活場景
張三看書，廚房燒水
2）有中斷的生活場景
張三看書，設置鬧鍾，廚房燒水。
鬧鍾發出中斷信號，張三把書合好(第20頁)，去廚房把開水事情處理好，張三重新打開20頁進行閱讀。
3）計算機系統的中斷場景
中斷源發出中斷信號，CPU判斷中斷是否屏蔽屏蔽、保護現場，cpu執行中斷處理程序，cpu恢復現場，繼續原來的任務。
4）中斷的其他概念
中斷向量表保存了中斷處理程序的入口地址。
中斷個數固定，操作系統啟動時初始化中斷向量表。
中斷有優先級（有人敲門，有人打電話，有優先級）
中斷可以屏蔽（張三可以屏蔽電話）。
中斷分類:
硬件中斷（外部中斷）
外部中斷是指由外部設備通過硬件請求的方式產生的中斷，也稱為硬件中斷
軟件中斷（內部中斷）
內部中斷是由CPU運行程序錯誤或執行內部程序調用引起的一種中斷，也稱為軟件中斷。
x86平台INT指令 ARM軟中斷指令SWI
信號概念:
信號是UNIX系統響應某些狀況而產生的事件，進程在接收到信號時會采取相應的行動。
信號是因為某些錯誤條件而產生的，比如內存段沖突、浮點處理器錯誤或者非法指令等
信號是在軟件層次上對中斷的一種模擬，所以通常把它稱為是軟中斷
信號和中斷的區別:
信號與中斷的相似點：
（1）采用了相同的異步通信方式；
（2）當檢測出有信號或中斷請求時，都暫停正在執行的程序而轉去執行相應的處理程序；
（3）都在處理完畢后返回到原來的斷點；
（4）對信號或中斷都可進行屏蔽。
信號與中斷的區別：
（1）中斷有優先級，而信號沒有優先級，所有的信號都是平等的；
（2）信號處理程序是在用戶態下運行的，而中斷處理程序是在核心態下運行；
（3）中斷響應是及時的，而信號響應通常都有較大的時間延遲。
2.信號名稱及常用信號解釋
kill –l 可以查看linux內核支持的信號
Man 7 signal 查看信號的默認動作、信號的含義
信號名稱 描述
SIGABRT 進程停止運行 6
SIGALRM 警告鍾
SIGFPE 算述運算例外
SIGHUP 系統掛斷
SIGILL 非法指令
SIGINT 終端中斷 2
SIGKILL 停止進程(此信號不能被忽略或捕獲)
SIGPIPE 向沒有讀者的管道寫入數據
SIGSEGV 無效內存段訪問
SIGQUIT 終端退出3
SIGTERM 終止
SIGUSR1 用戶定義信號1
SIGUSR2 用戶定義信號2
SIGCHLD 子進程已經停止或退出
SIGCONT 如果被停止則繼續執行
SIGSTOP 停止執行
SIGTSTP 終端停止信號
SIGTOUT 后台進程請求進行寫操作
SIGTTIN 后台進程請求進行讀操作
3.信號處理
進程對信號的三種響應
1)忽略信號
不采取任何操作、有兩個信號不能被忽略：SIGKILL（9號信號）和SIGSTOP。
注意:為什么進程不能忽略SIGKILL、SIGSTOP信號。（如果應用程序可以忽略這2個信號，系統管理無法殺死、暫停進程，無法對系統進行管理。）。SIGKILL（9號信號）和SIGSTOP信號是不能被捕獲的。
2)捕獲並處理信號
內核中斷正在執行的代碼，轉去執行先前注冊過的處理程序。
3)執行默認操作
默認操作通常是終止進程，這取決於被發送的信號。
注意:信號的默認操作：通過 man 7 signal 進程查看
4.signal信號安裝函數
1)signal函數作用
(1):站在應用程序的角度，注冊一個信號處理函數。
(2):忽略信號、設置信號默認處理信號的安裝和恢復
typedef void (*__sighandler_t) (int);
#define SIG_ERR ((__sighandler_t) -1)
#define SIG_DFL ((__sighandler_t) 0)
#define SIG_IGN ((__sighandler_t) 1)
2)函數原型
__sighandler_t signal(intsignum, __sighandler_t handler);
參數:
1)signal是一個帶signum和handler兩個參數的函數，准備捕捉或屏蔽的信號由參數signum給出，接收到指定信號時將要調用的函數由handler給出
2)handler這個函數必須有一個int類型的參數（即接收到的信號代碼），它本身的類型是void
3)handler也可以是下面兩個特殊值：
SIG_IGN 屏蔽該信號
SIG_DFL 恢復默認行為
5.信號發送
1)kill函數
kill基本用法:
發送信號的函數有kill和raise
區別：kill既可以向自身發送信號，也可以向其他進程發送信號；
raise函數向進程自身發送信號。
intkill(pid_tpid, intsiq)
int raise(intsigno)
參數組合情況解釋：
kill(pid_tpid, intsiq)
pid>0 將信號sig發給pid進程
pid=0 將信號sig發給同組進程
pid=-1 將信號sig發送給所有進程，調用者進程有權限發送的每一個進程（除了1號進程之外，還有它自身）
pid<-1 將信號sig發送給進程組是pid（絕對值）的每一個進程
注意:如果在fork之前安裝信號，則子進程可以繼承信號。
sleep函數幾點說明:
(1)sleep函數作用，讓進程睡眠。
(2)能被信號打斷，然后處理信號函數以后，就不再睡眠了。直接向下執行代碼
(3)sleep函數的返回值，是剩余的秒數
2)raise函數
raise給自己發送信號。raise(sig)等價於kill(getpid(), sig);
killpg給進程組發送信號。killpg(pgrp, sig)等價於kill(-pgrp, sig);
sigqueue給進程發送信號，支持排隊，可以附帶額外數據信息。
3)alarm函數
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
alarm函數，設置一個鬧鍾延遲發送信號告訴linux內核n秒中以后，發送SIGALRM信號
1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 #include <signal.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include<errno.h> 6 void myhandle(int num) 7 { 8 printf("recv signal id num : %d \n", num); 9 alarm(1); 10 } 11 int main() 12 { 13 printf("main ....begin\n"); 14 if (signal(SIGALRM, myhandle) == SIG_ERR) 15 { 16 perror("func signal err\n"); 17 return 0; 18 } 19 alarm(1); 20 while(1) 21 { 22 pause(); 23 printf("pause return\n"); 24 } 25 return 0; 26 }
6.信號的阻塞和未達
信號在內核中的表示:
執行信號的處理動作稱為信號遞達（Delivery），信號從產生到遞達之間的狀態，稱為信號未決（Pending）。進程可以選擇阻塞（Block）某個信號。被阻塞的信號產生時將保持在未決狀態，直到進程解除對此信號的阻塞，才執行遞達的動作。
注意:阻塞和忽略是不同，只要信號被阻塞就不會遞達，而忽略是在遞達之后可選的一種處理動作。信號在內核中的表示可以看作是這樣的：
說明1）PCB進程控制塊中結構體中有信號屏蔽狀態字（block），信號未決狀態字（pending）還有是否忽略標志；
說明2）信號屏蔽狀態字（block），1代表阻塞、0代表不阻塞；信號未決狀態字（pending）的1代表未決（表示有未達信號），0代表信號可以抵達了；
說明3）向進程發送SIGINT，內核首先判斷信號屏蔽狀態字是否阻塞，信號未決狀態字（pending相應位制成1；若阻塞解除，信號未決狀態字（pending）相應位制成0；表示信號可以抵達了。
說明4）block狀態字、pending狀態字 64bit；//socket select
說明5）block狀態字用戶可以讀寫，pending狀態字用戶只能讀；這是信號設計機制。
信號集操作函數（狀態字表示）
intsigemptyset(sigset_t *set);把信號集清空64bit/8=8個字節
intsigfillset(sigset_t *set);把信號集置成1
intsigaddset(sigset_t *set, intsigno);根據signo，把信號集中的對應bit置成1
intsigdelset(sigset_t *set, intsigno);根據signo，把信號集中的對應bit置成0
intsigismember(constsigset_t *set, intsigno);//判斷signo是否在信號集中
sigprocmask讀取或更改進程的信號屏蔽狀態字（block）
int sigprocmask(int how, constsigset_t *set, sigset_t *oset);
返回值：若成功則為0，若出錯則為-1
如果oset是非空指針，則讀取進程的當前信號屏蔽字通過oset參數傳出。如果set是非空指針，則更改進程的信號屏蔽字，參數how指示如何更改。如果oset和set都是非空指針，則先將原來的信號屏蔽字備份到oset里，然后根據set和how參數更改信號屏蔽字。假設當前的信號屏蔽字為mask，下表說明了how參數的可選值。
SIG_BLOCK ，講信號集set添加到進程block狀態字中。
sigpending獲取信號未決狀態字（pending）信息:int sigpending(sigset_t *set);
1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 #include <signal.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include<errno.h> 6 void handler(int sig) 7 { 8 if (sig == SIGINT) 9 printf("recv a sig=%d\n", sig); 10 else if (sig == SIGQUIT) 11 { 12 sigset_t uset; 13 sigemptyset(&uset); 14 sigaddset(&uset, SIGINT); 15 //ctr + \ 用來觸發 SIGINT 信號 16 //解除阻塞 17 sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &uset, NULL); 18 } 19 } 20 21 void printsigset(sigset_t *set) 22 { 23 int i; 24 for (i=1; i<NSIG; ++i) 25 { 26 if (sigismember(set, i)) 27 putchar('1'); 28 else 29 putchar('0'); 30 } 31 printf("\n"); 32 } 33 // 連續的按ctrl+c鍵盤，雖然發送了多個SIGINT信號，但是因為信號是不穩定的，只保留了一個。 34 //不支持排隊 35 int main(int argc, char *argv[]) 36 { 37 sigset_t pset; //用來打印的信號集 38 sigset_t bset; //用來設置阻塞的信號集 39 40 sigemptyset(&bset); 41 sigaddset(&bset, SIGINT); 42 43 if (signal(SIGINT, handler) == SIG_ERR) 44 ERR_EXIT("signal error"); 45 46 if (signal(SIGQUIT, handler) == SIG_ERR) 47 ERR_EXIT("signal error"); 48 49 //讀取或更改進程的信號屏蔽字這里用來阻塞ctrl+c信號 50 //ctrl+c信號被設置成阻塞，即使用戶按下ctl+c鍵盤，也不會抵達 51 sigprocmask(SIG_BLOCK, &bset, NULL); 52 53 for (;;) 54 { 55 //獲取未決字信息 56 sigpending(&pset); 57 58 //打印信號未決sigset_t字 59 printsigset(&pset); 60 sleep(1); 61 } 62 return 0; 63 }
7.sigaction函數
包含頭文件<signal.h>
功能:sigaction函數用於改變進程接收到特定信號后的行為。
原型：int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
參數:
該函數的第一個參數為信號的值，可以為除SIGKILL及SIGSTOP外的任何一個特定有效的信號（為這兩個信號定義自己的處理函數，將導致信號安裝錯誤）
第二個參數是指向結構sigaction的一個實例的指針，在結構sigaction的實例中，指定了對特定信號的處理，可以為空，進程會以缺省方式對信號處理
第三個參數oldact指向的對象用來保存原來對相應信號的處理，可指定oldact為NULL。
返回值:函數成功返回0，失敗返回-1
sigaction結構體:
第二個參數最為重要，其中包含了對指定信號的處理、信號所傳遞的信息、信號處理函數執行過程中應屏蔽掉哪些函數等等
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); //信號處理程序不接受額外數據
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信號處理程序能接受額外數據，和sigqueue配合使用
sigset_t sa_mask; //
int sa_flags; //影響信號的行為SA_SIGINFO表示能接受數據
void (*sa_restorer)(void); //廢棄
};
注意：回調函數句柄sa_handler、sa_sigaction只能任選其一。
sigaction的函數注冊信號，基本用法代碼:
1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 #include <signal.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include<errno.h> 6 void handler(int sig) 7 { 8 printf("recv a sig=%d\n", sig); 9 } 10 11 __sighandler_t my_signal(int sig, __sighandler_t handler) 12 { 13 struct sigaction act; 14 struct sigaction oldact; 15 act.sa_handler = handler; 16 sigemptyset(&act.sa_mask); 17 act.sa_flags = 0; 18 19 if (sigaction(sig, &act, &oldact) < 0) 20 return SIG_ERR; 21 22 return oldact.sa_handler; 23 } 24 25 int main(int argc, char *argv[]) 26 { 27 struct sigaction act; 28 sigset_t sa_mask; 29 30 act.sa_handler = handler; 31 act.sa_flags = 0; 32 sigemptyset(&act.sa_mask); 33 34 //測試信號安裝函數 35 sigaction(SIGINT, &act, NULL); 36 37 //模擬signal函數 38 //my_signal(SIGINT, handler); 39 40 for (;;) 41 { 42 pause(); 43 } 44 return 0; 45 }
如上圖修改對應地方編譯后,都可以實現效果
測試sigaction結構體第三個參數sigset_tsa_mask的作用,代碼如下:
1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 #include <signal.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include<errno.h> 6 /* 7 struct sigaction { 8 void (*sa_handler)(int); 9 void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); 10 sigset_t sa_mask; 11 int sa_flags; 12 void (*sa_restorer)(void); 13 } */ 14 //測試sigaction結構體第三個參數sigset_t sa_mask的作用 15 //作用sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT); 加入到sa_mask中的信號，被阻塞（信號處理函數執行的過程中被阻塞）。 16 //注意：SIGQUIT信號最終還會抵達 17 void handler(int sig); 18 int main(int argc, char *argv[]) 19 { 20 struct sigaction act; 21 act.sa_handler = handler; 22 23 sigemptyset(&act.sa_mask); 24 sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT); 25 act.sa_flags = 0; 26 27 if (sigaction(SIGINT, &act, NULL) < 0) 28 { 29 perror("sigaction error"); 30 } 31 32 for (;;) 33 { 34 pause(); 35 } 36 return 0; 37 } 38 39 void handler(int sig) 40 { 41 printf("recv a sig=%d 信號處理函數執行的時候，阻塞sa_mask中的信號\n", sig); 42 sleep(5); 43 }
結論:sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT) 加入到sa_mask中的信號，被阻塞（信號處理函數執行的過程中被阻塞）,SIGQUIT信號最終還會抵達;
8.sigqueue函數
功能:新的發送信號系統調用,主要是針對實時信號提出的支持信號帶有參數,與函數sigaction()配合使用。
注意：和kill函數相比int kill(pid_tpid, intsiq)多了參數
原型:int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);
參數:
sigqueue的第1個參數是指定接收信號的進程id，第2個參數確定即將發送的信號，第3個參數是一個聯合數據結構union sigval，指定了信號傳遞的參數，即通常所說的4字節值。
union sigval {
int sival_int;
void *sival_ptr;
};
返回值:成功返回0,失敗返回-1
sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一個進程發送信號，而不能發送信號給一個進程組。
9.其他介紹
三種睡眠函數:
unsigned int sleep(unsigned int seconds);秒
若被中斷打斷，返回剩余時間
int usleep(useconds_tusec);微妙
若被中斷打斷，返回剩余時間
int nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem);納秒時間
要睡眠的時間req；剩余睡眠時間，如果要中斷，通過rem返回過來。
三種時間結構:
time_t秒
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */微妙
};
struct timespec {納秒
time_ttv_sec; /* seconds */
long tv_nsec; /* nanoseconds */
};
setitime函數：間隙性產生
包含頭文件<sys/time.h>
功能setitimer()比alarm功能強大，支持3種類型的定時器
原型:int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value,struct itimerval *old_value);
參數:
第一個參數which指定定時器類型
第二個參數是結構itimerval的一個實例，結構itimerval形式
第三個參數可不做處理。
返回值:成功返回0失敗返回-1
ITIMER_REAL：經過指定的時間后，內核將發送SIGALRM信號給本進程
ITIMER_VIRTUAL ：程序在用戶空間執行指定的時間后，內核將發送SIGVTALRM信號給本進程
ITIMER_PROF ：進程在內核空間中執行時，時間計數會減少，通常與ITIMER_VIRTUAL共用，代表進程在用戶空間與內核空間中運行指定時間后，內核將發送SIGPROF信號給本進程.