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1.认识信号

1.1 信号的概念

下面以生活中红绿灯来认识信号
我们为什么会认识红绿灯，这是因为从小有人告诉你，你才能识别它，也知道对应的灯亮了，要做成什么样的动作。
信号没有产生的时候，其实我们已经知道怎么去处理这个信号
当信号到来，我们并不清楚具体什么时候，信号相对于我正在做的工作是异步产生的
信号产生了，我们不一定要立即处理它，而是我们在合适的时候处理，也就是说我要有一种能力将已经到来的信号，进行暂时保存
什么叫做信号：信号是一种向目标进程发送通知消息的一种机制。

2. 信号的产生

进程在运行的时候，前台(命令行操作的时候，只能有一个),后台(./XXX &)(可以有多个)
而检测是否是前台进程的标准：是看看你有没有能力接受用户输入(就是在运行程序时在shell上输入指令)
ctrl+c:终止前台进程
前台进程不能被暂停(ctrl+z)，如果被暂停，该前台进程必须立即被放到后台

有关前台和后台进程切换的指令：

./XXXX &  #这个是将程序放到后台进行运行
jobs      #用于显示当前用户的所有作业（jobs）状态
fg number #用于将后台作业带回到前台
ctrl+z    #前台进程不能被暂停(ctrl+z)，如果被暂停，该前台进程必须立即被放到后台
bg number #用于将一个被暂停的作业放到后台继续运行

信号在合适的时候处理：
1.默认行为
2.忽略
3.自定义—信号的捕捉

拓展：OS怎么知道键盘有数据输入了?中断

硬件：键盘
键盘硬件：键盘是输入设备，当你按下一个键时，内部电路会产生电信号。

中断请求
中断请求（IRQ）：当你按下键盘的某个键时，键盘生成一个中断请求信号（IRQ）并发送给CPU，通知它有输入数据需要处理。这个信号会打断CPU当前正在执行的任务。

CPU的作用
中断处理：当CPU接收到中断请求后，它会完成当前的指令执行，然后保存当前任务的状态（如寄存器的内容、程序计数器等），以便在处理完中断后可以恢复继续执行。
查找中断向量：CPU使用中断向量表来确定处理该中断的具体中断处理程序的地址。中断向量表是一个在内存中存储的表格，它为每种可能的中断提供了一个处理程序的入口点。

中断向量表
中断向量表：内有函数指针数组，而函数指针数组中有特定硬件的读取方法(键盘的读取方法等)

信号产生的四种方式：

2.1 通过键盘进行信号产生

普通信号是1 ~ 31号信号，实时信号34 ~ 64号信号
每个进程对于信号会有函数指针数组和信号位图，函数指针数组的数组下标与信号编号强相关，信号位图就可以存储信号的相关信息，位图中比特位的位置，决定信号编号，比特位的内容决定是否收到信号，而发送信号的本质其实是OS向目标进程写信号，也就是说修改位图中对应信号的比特位。

Core Dump
一个进程要异常终止时,可以选择把进程的用户空间内存数据全部 保存到磁盘上,文件名通常是core,这叫做Core Dump

2.2 通过系统调用，指令来发送信号

kill(processpid,signumber);
int raise(int sig);//raise函数用于向当前进程发送信号,通常用于在程序中主动生成信号，以响应特定的条件或事件
abort()//生成SIGABRT信号并终止进程

2.3 进程异常

int a=10;
a/=0;

硬件MMU的作用：将虚拟地址转换为物理地址

2.4 软件条件

闹钟是一种软件条件

void handler(int signo)
{alarm(2);// n=alarm(0);cout << "result: " << n << endl;// std::cout<<"get a signo: "<<signo<<"alarm : "<<cnt<<std::endl;// exit(0);
}int main()
{signal(14, handler);cout << "pid: " << getpid() << endl;alarm(2);while (true){// cnt++;sleep(1);cout << "running ..." << endl;}
}

操作系统中的时间：
1.所有用户的行为，都是以进程的形式在OS中表现的。
2.操作系统只要把进程调度好，就能完成所有的用户任务。
3.CMOS，周期性，高频率的，向CPU发送时钟中断。

操作系统本质上就是一个死循环，硬件CMOS刺激CPU执行中断向量表中的调度方法，所以操作系统的执行其实是基于硬件中断的

3.信号的保存

实际执行信号的处理动作称作信号递达（Delivery）：
信号的忽略；信号的默认；信号的自定义捕捉
信号从产生到递达之间的状态称作信号未决（Pending）：
在位图中就叫做信号未决
进程可以选择阻塞（Block）某个信号：
未决之后，暂时不递达，直到解除对信号的阻塞

4.信号的捕捉和处理

4.1信号集操作函数

#include <signal.h>
//函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含 任何有效信号。
int sigemptyset(sigset_t *set);
//函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置1,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
int sigfillset(sigset_t *set);
//sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
//在该信号集中判断是否有有效信号
int sigismember（const sigset_t *set, int signo);

这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。sigismember是一个布尔函数,用于判断一个信号集的有效信号中是否包某种 信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1。

sigprocmask
调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)。

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); 
返回值:若成功则为0,若出错则为-1

SIG_BLOCK	set包含了我们希望添加到当前信号屏蔽字的信号
SIG_UNBLOCK	set包含了我们希望当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号
SIG_SETMASK	设置当前信号屏蔽字为set所指向的值

sigpending

#include <signal.h>
sigpending
读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。调用成功则返回0,出错则返回-1。

sigaction

#include <signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);

//试例代码
struct sigaction act, oact;
act.sa_handler = handler;
sigemptyset(&act.sa_mask);
sigaddset(&act.sa_mask, 3);
sigaction(2, &act, &oact);

信号在合适的时候被处理，合适的时候其实是进程从内核态返回用户态的时候，进行信号的检测和信号的处理。
用户态是一种受控的状态，能够访问的资源是有限的。
内核态是一种操作系统的工作状态，能够访问大部分系统资源
信号捕捉中，一共会涉及四次状态切换

4.2 volatile去优化

首先flag定义在内存中值为0，因为while的逻辑判断，加载到cpu中进行判断，非0为真会一直循环，当发送2号信号时，在内存中flag0变成了1，然而在main函数中flag只进行了逻辑判断，编译器会进行优化，导致再次进行逻辑判断时，不再从cpu中加载flag到逻辑计算单元，而是直接拿历史cpu中的flag用于逻辑判断，也就导致了while循环一直循环，而在flag定义的时候加上volatile就告诉编译器，该关键字修饰的变量不允许被优化，对该变量的任何操作，都必须在真实的内存中进行操作。