并發(fā)

并發(fā)是指兩個(gè)或多個(gè)同時(shí)獨(dú)立進(jìn)行的活動(dòng)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，并發(fā)指的是同一個(gè)系統(tǒng)中多個(gè)獨(dú)立活動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，而非依次進(jìn)行。

并發(fā)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的表現(xiàn)：

一個(gè)時(shí)間段中有幾個(gè)程序都處于已啟動(dòng)運(yùn)行到運(yùn)行完畢之間，且這幾個(gè)程序都是在同一個(gè)處理機(jī)上運(yùn)行，但任一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)上只有一個(gè)程序在處理機(jī)上運(yùn)行。
雖然每個(gè)任務(wù)的部分操作在時(shí)間上重疊，但從微觀上看，這些任務(wù)是交替執(zhí)行的。
任務(wù)切換對(duì)使用者和應(yīng)用軟件自身都制造出并發(fā)的表象。

總之，并發(fā)是一種同時(shí)進(jìn)行的概念，可以存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不同層面。

補(bǔ)充同步和異步的概念：

同步和異步是兩種不同的處理方式，它們?cè)谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中有著不同的含義和應(yīng)用。

1、同步（Synchronous）

同步是指發(fā)送方發(fā)出數(shù)據(jù)后，等接收方發(fā)回響應(yīng)以后才發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)包的通訊方式。在同步通信中，發(fā)送方和接收方之間的數(shù)據(jù)傳輸是按照一定的時(shí)間順序進(jìn)行的。發(fā)送方會(huì)等待接收方對(duì)每個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，然后才能繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求。因此，同步通信具有可靠性和順序性的特點(diǎn)。

在同步通信中，由于發(fā)送方需要等待接收方的響應(yīng)，因此數(shù)據(jù)的傳輸速度相對(duì)較慢。此外，如果接收方在處理請(qǐng)求時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，發(fā)送方可能需要重新發(fā)送請(qǐng)求。因此，同步通信適用于對(duì)可靠性要求較高的場景，如文件傳輸、郵件通信等。

2、異步（Asynchronous）

異步是指發(fā)送方發(fā)出數(shù)據(jù)后，不等接收方發(fā)回響應(yīng)，接著發(fā)送下個(gè)數(shù)據(jù)包的通訊方式。在異步通信中，發(fā)送方和接收方之間的數(shù)據(jù)傳輸是獨(dú)立進(jìn)行的，不需要按照時(shí)間順序進(jìn)行。發(fā)送方在發(fā)送請(qǐng)求后可以繼續(xù)執(zhí)行其他操作，而不需要等待接收方的響應(yīng)。當(dāng)接收方處理完請(qǐng)求后，會(huì)通知發(fā)送方并返回結(jié)果。

異步通信具有高效性和靈活性的特點(diǎn)。由于發(fā)送方不需要等待接收方的響應(yīng)，因此數(shù)據(jù)的傳輸速度相對(duì)較快。此外，異步通信適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場景，如網(wǎng)絡(luò)通信、事件驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)等。在異步通信中，需要注意處理并發(fā)訪問和數(shù)據(jù)競爭等問題。

總之，同步和異步是兩種不同的處理方式，它們?cè)谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中有著不同的含義和應(yīng)用。根據(jù)不同的需求和場景，可以選擇適合的處理方式來提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

對(duì)于異步處理方式我們有兩種常用的方法：查詢法(輪詢法) 和 通知法(條件成熟再來進(jìn)行操作)，后面會(huì)再詳細(xì)展開。

對(duì)于并發(fā)主要有兩種方式的并發(fā)，分別是信號(hào)實(shí)現(xiàn)并發(fā)和多線程實(shí)現(xiàn)并發(fā)。

信號(hào)

信號(hào)概念

信號(hào)是軟件層面的中斷，更確切的說是信號(hào)的響應(yīng)依賴于中斷（硬件層面的中斷）。

在Linux中，信號(hào)是一種進(jìn)程間通信的方式，用于通知某個(gè)進(jìn)程發(fā)生了某個(gè)事件。信號(hào)是一種異步的通知機(jī)制，當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)向進(jìn)程發(fā)送一個(gè)信號(hào)，中斷該進(jìn)程的正?？刂屏鞒?。

進(jìn)程可以定義信號(hào)的處理函數(shù)，當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的處理操作。如果沒有定義處理函數(shù)，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)處理信號(hào)，如終止進(jìn)程或執(zhí)行特定的系統(tǒng)操作。

在Linux系統(tǒng)中，有多種類型的信號(hào)，例如：

SIGINT：當(dāng)用戶按下中斷鍵（如CTRL+C）時(shí)，會(huì)向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送SIGINT信號(hào)，用于終止進(jìn)程。
SIGTERM：當(dāng)使用kill命令向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)時(shí)，默認(rèn)發(fā)送的是SIGTERM信號(hào)，用于請(qǐng)求進(jìn)程正常終止。
SIGKILL：當(dāng)需要立即終止進(jìn)程時(shí)，可以向進(jìn)程發(fā)送SIGKILL信號(hào)，它會(huì)無條件地終止進(jìn)程。
SIGSTOP：當(dāng)需要暫停進(jìn)程時(shí)，可以向進(jìn)程發(fā)送SIGSTOP信號(hào)，進(jìn)程會(huì)停止執(zhí)行。
SIGCONT：當(dāng)需要恢復(fù)暫停的進(jìn)程時(shí)，可以向進(jìn)程發(fā)送SIGCONT信號(hào)，進(jìn)程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。
除了用戶觸發(fā)的信號(hào)外，內(nèi)核也可以因?yàn)閮?nèi)部事件而向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，通知進(jìn)程發(fā)生了某個(gè)事件。例如，當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行非法操作時(shí)，內(nèi)核會(huì)向進(jìn)程發(fā)送SIGSEGV信號(hào)，表示發(fā)生了段錯(cuò)誤。

總之，信號(hào)是Linux系統(tǒng)中一種重要的進(jìn)程間通信方式，用于通知進(jìn)程發(fā)生了某個(gè)事件，并且可以定義相應(yīng)的處理函數(shù)來處理信號(hào)。

我們可以使用 kill -l 的命令來看一下信號(hào)：

其中編號(hào)1 到 31的信號(hào)叫做標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；從 34 到 64 稱為實(shí)時(shí)信號(hào)，這些信號(hào)名字中的RT表示real time，實(shí)時(shí)的意思。

signal()系統(tǒng)調(diào)用

在Linux中，signal系統(tǒng)調(diào)用是一種用于處理信號(hào)、注冊(cè)信號(hào)的方式。它允許進(jìn)程捕獲、忽略或改變特定信號(hào)的默認(rèn)處理行為。

signal系統(tǒng)調(diào)用的第一個(gè)參數(shù) signum 是信號(hào)行為，第二個(gè)參數(shù)是對(duì)于指定的 signum信號(hào)行為 所要采取的措施 handler，然后返回值指的是這個(gè)信號(hào)之前的行為，這個(gè)行為是由void (*sighandler_t) (int) 函數(shù)指定的。

其原型還可以寫成下面這種形式，下面這種形式才是我們最常寫的形式，其實(shí)就是把signal這個(gè)函數(shù)直接放到了 sighandler_t 的位置嘛，這樣寫的好處是可以防止命名空間沖突：

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

這個(gè)原型定義了一個(gè)函數(shù)指針，該函數(shù)指針指向一個(gè)處理信號(hào)的函數(shù)。參數(shù)sig指定要處理的信號(hào)，而func是一個(gè)指向處理函數(shù)的指針。如果func為SIG_IGN，則忽略信號(hào)；如果func為SIG_DFL，則使用默認(rèn)處理行為。

當(dāng)進(jìn)程接收到信號(hào)時(shí)，會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的處理函數(shù)。處理函數(shù)可以是一個(gè)自定義的函數(shù)，也可以是系統(tǒng)定義的一些特殊值，如SIG_IGN或SIG_DFL。

signal系統(tǒng)調(diào)用返回之前為指定信號(hào)設(shè)置的處理函數(shù)的指針。如果成功，它返回之前的信號(hào)處理函數(shù)指針；否則，返回SIG_ERR并設(shè)置errno以表示錯(cuò)誤原因。

信號(hào)機(jī)制是一種異步通知機(jī)制，進(jìn)程不必等待信號(hào)的到來。當(dāng)進(jìn)程接收到信號(hào)時(shí)，會(huì)立即執(zhí)行相應(yīng)的處理函數(shù)。進(jìn)程可以捕獲、忽略或改變特定信號(hào)的處理行為，以便在接收到信號(hào)時(shí)執(zhí)行自定義的操作。

在Linux中，有多種類型的信號(hào)，例如SIGINT、SIGTERM、SIGKILL、SIGSTOP和SIGCONT等。這些信號(hào)有不同的含義和默認(rèn)處理行為，進(jìn)程可以根據(jù)需要捕獲和處理這些信號(hào)。

總之，signal系統(tǒng)調(diào)用是Linux中用于處理信號(hào)的一種方式，它允許進(jìn)程自定義信號(hào)的處理函數(shù)，以便在接收到信號(hào)時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的操作。

來寫個(gè)小例子：

這個(gè)程序的作用是讓其在終端輸出設(shè)備上打印十個(gè)*：

此時(shí)我們?cè)谒蛴〉倪^程中直接使用 Ctrl + C 給中斷了，其實(shí)這就是在發(fā)送信號(hào)，Ctrl+C是信號(hào) SIGINT （INT是Interrupt的縮寫）的快捷方式。

SIGINT是終端中斷符，其默認(rèn)功能是終止一個(gè)進(jìn)程。

接下來我們來驗(yàn)證該程序確實(shí)是接收到了一個(gè) SIGINT 才被結(jié)束的：

可以看到此時(shí)我們發(fā)送的SIGINT信號(hào)就不再起作用了。

繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證：

可以看見我們的信號(hào)處理函數(shù)起了作用，它輸出了感嘆號(hào)。

我們來試一下按住ctrl+c不放：

但其實(shí)靜態(tài)的圖片顯示不了這個(gè)操作的效果，因?yàn)檫@樣按住不放的話，原本十秒才能打印完的 *，瞬間就會(huì)全部打印完，這意味著：

信號(hào)會(huì)打斷阻塞的系統(tǒng)調(diào)用!

這意味著我們之前寫的所有程序可能都是錯(cuò)誤的，因?yàn)槲覀兌际窃跊]用涉及信號(hào)的前提下寫的，如果涉及了信號(hào)那么就可能都會(huì)出錯(cuò)。

一個(gè)最簡單的例子，比如read系統(tǒng)調(diào)用，其出錯(cuò)時(shí)可能是代碼邏輯導(dǎo)致的，也可能是信號(hào)導(dǎo)致的，如果是信號(hào)導(dǎo)致的，比如最經(jīng)典的：

上圖中的EINTR，在讀到任何內(nèi)容之前就被信號(hào)打斷了，但此時(shí)讀操作只是被阻塞了因?yàn)檫€沒有讀到內(nèi)容，若有信號(hào)到來就會(huì)打斷從而返回了形式上的錯(cuò)誤信息（比如讀到0字節(jié)，真實(shí)含義確實(shí)是讀失敗，但是實(shí)際上是還沒開始讀就被打斷了），這就是信號(hào)打斷了阻塞的系統(tǒng)調(diào)用，很明顯這是一個(gè)假的錯(cuò)誤，因?yàn)椴⒉皇亲x不到而是還沒開始讀被打斷了，那么我們就可以做如下的改進(jìn)：

如果是假錯(cuò)誤，那么就再給其一次機(jī)會(huì)，直到正常運(yùn)行結(jié)束為止。

信號(hào)的不可靠性

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)其實(shí)有個(gè)特點(diǎn)就是一定會(huì)丟失，但其不屬于信號(hào)的不可靠性， 而實(shí)時(shí)信號(hào)是不會(huì)丟失的。

這里所說的信號(hào)不可靠性，指的是信號(hào)的行為不可靠。

其意思是一個(gè)信號(hào)在處理這個(gè)信號(hào)行為的同時(shí)，又來了另外一個(gè)相同的信號(hào)，那么由于這個(gè)執(zhí)行現(xiàn)場是由內(nèi)核來幫忙布置的（如果是我們自己程序中寫的調(diào)用函數(shù)的話，那么就是OS來幫我們布置的，所以我們函數(shù)a調(diào)用函數(shù)b調(diào)用函數(shù)c都一點(diǎn)問題沒用，但信號(hào)行為處理函數(shù)的執(zhí)行線程則是內(nèi)核來幫忙布置的），就很有可能不會(huì)是在同一個(gè)位置，那么第二次的執(zhí)行現(xiàn)場就把第一次的給覆蓋掉了，這就是信號(hào)行為的不可靠性。

可重入函數(shù)

什么是可重入？

就是第一次調(diào)用還沒完成緊接著又發(fā)生了第二次調(diào)用，這樣就可能導(dǎo)致第一次調(diào)用發(fā)生一些不可預(yù)料的問題。

所有的系統(tǒng)調(diào)用都是可重入的，一部分庫函數(shù)也是可重入的，如 memcpy。

舉例：

比如上面這個(gè)函數(shù)，其有一個(gè)對(duì)應(yīng)的 _r 版本，這就是一個(gè)可重入的版本；如果一個(gè)函數(shù)有其對(duì)應(yīng)的 _r 可重入版本，那么就說明該函數(shù)則一定不能用在信號(hào)處理函數(shù)當(dāng)中（既無 _r 不可重入的版本）。

另外 _r 的函數(shù)版本是線程安全的：

在Linux下，asctime函數(shù)有一個(gè)asctime_r版本的原因是為了提供線程安全。

asctime函數(shù)是將結(jié)構(gòu)化時(shí)間轉(zhuǎn)換為字符串的函數(shù)，它將一個(gè)struct tm結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)格式化的字符串，表示為"Day Mon 2 Hour:Minute:Second YYYY\n"的形式。

然而，asctime函數(shù)有一個(gè)問題，它是非線程安全的。這意味著在多線程環(huán)境下，多個(gè)線程可能會(huì)同時(shí)調(diào)用asctime函數(shù)，導(dǎo)致競爭條件和未定義的行為。

為了解決這個(gè)問題，Linux提供了asctime_r函數(shù)。asctime_r函數(shù)是一個(gè)線程安全的版本，它接受一個(gè)額外的參數(shù)struct tm結(jié)構(gòu)體和一個(gè)字符數(shù)組，將結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)格式化的字符串，并將結(jié)果存儲(chǔ)在字符數(shù)組中。這樣，每個(gè)線程都可以使用自己的輸入和輸出緩沖區(qū)，避免了競爭條件。

因此，使用asctime_r函數(shù)可以確保在多線程環(huán)境下安全地使用asctime函數(shù)的功能。

注意區(qū)分二者的概念：

可重入函數(shù)一定是線程安全的，但線程安全的函數(shù)不一定是可重入的。

可重入函數(shù)的特點(diǎn)在于它們被多個(gè)線程調(diào)用時(shí)，不會(huì)引用任何共享數(shù)據(jù)。而線程安全函數(shù)要解決的問題是，多個(gè)線程調(diào)用函數(shù)時(shí)訪問資源沖突。

如果一個(gè)函數(shù)中有全局變量，那么這個(gè)函數(shù)既不是線程安全也不是可重入的。如果將對(duì)臨界資源的訪問加上鎖，則這個(gè)函數(shù)是線程安全的，但如果這個(gè)重入函數(shù)若鎖還未釋放則會(huì)產(chǎn)生死鎖，因此是不可重入的。

總的來說，可重入和線程安全是兩個(gè)不同的概念，它們之間有區(qū)別也有聯(lián)系。

信號(hào)的響應(yīng)過程

線程與進(jìn)程的響應(yīng)過程有一點(diǎn)區(qū)別，這里先說進(jìn)程：

內(nèi)核為每個(gè)進(jìn)程維護(hù)了最少兩個(gè)位圖，一個(gè)是Mask信號(hào)屏蔽字，一個(gè)是pending，理論上說二者都是 32 位的。

還記得我們之前寫的star.c的程序嗎，就是每一秒鐘打印一個(gè)*號(hào)，連續(xù)打印十個(gè)，然后遇到ctrl+c就被打斷打印一個(gè)!：

上圖的左側(cè)是我們的main函數(shù)，另外一個(gè)就是我們的信號(hào)處理函數(shù)。

mask位圖是我們的信號(hào)屏蔽字，它用來表示當(dāng)前信號(hào)的狀態(tài)，而pending位圖用來記錄當(dāng)前這個(gè)進(jìn)程接收到了哪些信號(hào)。

而mask位圖的值一般情況下全部都為1，我們可以改的：

而pending位圖在進(jìn)程一開始時(shí)則全部為0：

在每次進(jìn)程被中斷（不是信號(hào)中斷，而是其它類型的中斷比如時(shí)間片用完的中斷）時(shí)，進(jìn)程會(huì)攜帶著自己的現(xiàn)場扎進(jìn)內(nèi)核態(tài)中，然后等待著下一次被調(diào)度時(shí)回到用戶態(tài)重新恢復(fù)現(xiàn)場繼續(xù)運(yùn)行，從內(nèi)核切換到用戶態(tài)這個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)程會(huì)執(zhí)行一個(gè)表達(dá)式：mask 按位與上 pending，通過上圖的初識(shí)狀態(tài)我們得知按位與的結(jié)果為 0，說明沒有收到任何信號(hào)，所以就正常運(yùn)行即可。

注意，信號(hào)并非是一發(fā)送進(jìn)程就能夠收到的，信號(hào)從收到到響應(yīng)有一個(gè)不可避免的延遲。

思考問題：如何忽略掉一個(gè)信號(hào)的？標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為什么要丟失？

剛剛說了沒有信號(hào)的情況，那么再來看有信號(hào)的情況。

假如說某個(gè)時(shí)刻有一信號(hào)（比如interrupt）到來，該信號(hào)反應(yīng)到pending位圖上某一個(gè)位上，那么該位就被置為1：

此時(shí)進(jìn)程收到了信號(hào)但卻還不知道（因?yàn)樯形丛趦?nèi)核態(tài)中，進(jìn)程還在用戶態(tài)呢），什么時(shí)候才會(huì)知道？一定要等到有中斷來對(duì)進(jìn)程執(zhí)行中斷之后，進(jìn)程帶著自己的上下文現(xiàn)場扎進(jìn)內(nèi)核態(tài)中的就緒隊(duì)列中，等待下一次被調(diào)度時(shí)又帶著自己的現(xiàn)場從內(nèi)核態(tài)回到用戶態(tài)的時(shí)候進(jìn)行了之前說的表達(dá)式：mask 按位與上 pending，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)按位與后的結(jié)果值中的 interrupt 信號(hào)的那一位變成 1 了，此時(shí)進(jìn)程才真正知道了自己收到的信號(hào)是什么，即信號(hào)從收到到響應(yīng)有一個(gè)不可避免的延遲。

即收到的時(shí)候就pending位圖對(duì)應(yīng)的信號(hào)位值變?yōu)?1 的時(shí)候，而響應(yīng)則是在進(jìn)程從內(nèi)核態(tài)回到用戶態(tài)時(shí)通過mask與pending進(jìn)行了按位與之后才能進(jìn)行響應(yīng)。

收到這個(gè)信號(hào)之后，進(jìn)程會(huì)將這個(gè)mask位置成0，pending位也置成0，然后進(jìn)程的上下文現(xiàn)場中肯定有一個(gè)地址值（不然它怎么返回用戶態(tài)對(duì)吧？），此時(shí)這個(gè)地址值會(huì)被改變成信號(hào)處理函數(shù)init_handler的地址而非原來的main函數(shù)地址：

響應(yīng)完信號(hào)處理函數(shù)之后，還要返回內(nèi)核態(tài)，將地址值又改回原來的main函數(shù)繼續(xù)完成剩下的任務(wù)（對(duì)于我們的star.c程序來說就是打印完信號(hào)處理函數(shù)中的 ！之后還要返回繼續(xù)打印main函數(shù)中的*號(hào)），除此之外還要將mask剛剛被改為0的位置重新置為 1。
而pending是0是1不知道不用管，此時(shí)進(jìn)程從內(nèi)核態(tài)又回到用戶態(tài)時(shí)又會(huì)進(jìn)行mask與pending的按位與操作，此時(shí)就能知道剛才的信號(hào)已經(jīng)被響應(yīng)掉了，然后進(jìn)程正常返回到main函數(shù)繼續(xù)完成后續(xù)操作。

這就是一個(gè)信號(hào)的響應(yīng)過程。

而標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是有缺陷的，因?yàn)樵谑盏蕉鄠€(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)候，此時(shí)先響應(yīng)哪個(gè)其實(shí)是不知道的，即標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的響應(yīng)沒有嚴(yán)格的順序。

所以對(duì)于剛剛的思考問題我們應(yīng)該有了答案，如何忽略掉一個(gè)信號(hào)？

其實(shí)就是把mask位圖對(duì)應(yīng)于pending信號(hào)位圖上所對(duì)應(yīng)的那個(gè)位改成0，這樣當(dāng)有信號(hào)到來時(shí)哪怕是pending上該信號(hào)對(duì)應(yīng)的位為變?yōu)榱?1 ，那么進(jìn)行按位與的時(shí)候該信號(hào)的按位與結(jié)果永遠(yuǎn)為 0 那我們自然就不會(huì)響應(yīng)該信號(hào)啦。這也就意味著其實(shí)我們無法阻止信號(hào)的到來，但是我們可以決定是否響應(yīng)。

還有一個(gè)問題，為什么標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)會(huì)丟失？

很簡單，因?yàn)檫@是位圖，位圖意味著無法疊加，比如有十萬個(gè)相同的信號(hào)來臨時(shí)，因?yàn)閺膬?nèi)核態(tài)返回用戶態(tài)時(shí)會(huì)進(jìn)行mask與pending的按位與嘛，按位與后響應(yīng)信號(hào)最后會(huì)將mask和pending置為0，但此時(shí)又來一個(gè)相同信號(hào)的話這個(gè)pending又會(huì)被置為1，但此時(shí)mask是為0的呀，0和1與上結(jié)果為0所以這一次的結(jié)果就不會(huì)為1了，也就意味著該次信號(hào)不會(huì)被響應(yīng)，也就造成了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)丟失的原因。

信號(hào)相關(guān)的常用函數(shù)：kill()、raise()、alarm()、pause()、abort()、system()、sleep()

kill()

在Linux操作系統(tǒng)中，kill是一種系統(tǒng)調(diào)用（system call），它是應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核交互的一種方式。通過kill系統(tǒng)調(diào)用，應(yīng)用程序可以向操作系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)（signal），以請(qǐng)求操作系統(tǒng)終止一個(gè)進(jìn)程、重新啟動(dòng)等。

在C語言中，你可以使用kill系統(tǒng)調(diào)用來發(fā)送信號(hào)。它的函數(shù)原型如下：

int kill(pid_t pid, int sig);

其中，pid是進(jìn)程ID，sig是要發(fā)送的信號(hào)。

kill系統(tǒng)調(diào)用的作用是向指定的進(jìn)程發(fā)送指定的信號(hào)。如果進(jìn)程無法被終止，你可以使用SIGKILL信號(hào)（編號(hào)為9）強(qiáng)制終止進(jìn)程。另外，如果你不指定信號(hào)，kill系統(tǒng)調(diào)用將默認(rèn)發(fā)送SIGTERM信號(hào)（編號(hào)為15），請(qǐng)求進(jìn)程終止。

需要注意的是，只有具有足夠權(quán)限的用戶（通常是root用戶）才能向其他用戶的進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。在非root用戶的情況下，你只能向自己的進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。

raise()

在Linux中，raise函數(shù)是用于發(fā)送一個(gè)信號(hào)給當(dāng)前進(jìn)程的。它允許當(dāng)前進(jìn)程主動(dòng)終止自己或者請(qǐng)求操作系統(tǒng)的注意。

raise函數(shù)的函數(shù)原型通常為：

int raise(int sig);

其中，sig是要發(fā)送的信號(hào)的標(biāo)識(shí)符。

raise函數(shù)的作用是向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送一個(gè)信號(hào)。如果成功，函數(shù)返回0；如果失敗，返回-1。

在Linux中，有許多不同的信號(hào)可以使用，包括：

SIGTERM（信號(hào)編號(hào)15）：這是默認(rèn)的終止信號(hào)。如果進(jìn)程不捕獲此信號(hào)，那么它將被終止。
SIGINT（信號(hào)編號(hào)2）：這是鍵盤中斷信號(hào)，通常由用戶按下Ctrl+C產(chǎn)生。
SIGKILL（信號(hào)編號(hào)9）：這是一個(gè)強(qiáng)制終止信號(hào)，無論進(jìn)程是否捕獲它，都將導(dǎo)致進(jìn)程終止。然而，進(jìn)程可以捕獲這個(gè)信號(hào)并執(zhí)行一些清理操作，然后再退出。

使用raise函數(shù)可以主動(dòng)發(fā)送這些信號(hào)給自己，這樣就可以請(qǐng)求操作系統(tǒng)終止自己或者其他操作。例如，你可以使用raise(SIGTERM)來請(qǐng)求操作系統(tǒng)終止當(dāng)前進(jìn)程。

需要注意的是，不是所有的信號(hào)都可以被捕獲和處理。例如，SIGKILL就不能被捕獲，所以使用raise(SIGKILL)將立即終止當(dāng)前進(jìn)程，而無法執(zhí)行任何清理操作。

在編寫程序時(shí)，使用raise函數(shù)可以提供一種優(yōu)雅地結(jié)束進(jìn)程的方式，例如在需要釋放資源或者執(zhí)行一些清理工作時(shí)。

alarm()

Linux系統(tǒng)中的alarm系統(tǒng)調(diào)用是一種在指定時(shí)間后發(fā)送一個(gè)SIGALRM信號(hào)給當(dāng)前進(jìn)程的方式。它通常用于在進(jìn)程完成某項(xiàng)任務(wù)后觸發(fā)一個(gè)定時(shí)器，以便在特定時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行其他操作。

alarm系統(tǒng)調(diào)用的原型如下：

#include <unistd.h>  int alarm(unsigned int seconds);

這里的seconds參數(shù)指定了定時(shí)器的持續(xù)時(shí)間，單位為秒。當(dāng)指定的時(shí)間過去后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送一個(gè)SIGALRM信號(hào)。

alarm系統(tǒng)調(diào)用可以用于多種情況，例如：

超時(shí)處理：當(dāng)進(jìn)程需要在特定時(shí)間內(nèi)完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，可以使用alarm設(shè)置一個(gè)定時(shí)器。如果在定時(shí)器觸發(fā)之前進(jìn)程沒有完成任務(wù)，那么系統(tǒng)會(huì)發(fā)送一個(gè)SIGALRM信號(hào)給進(jìn)程，進(jìn)程可以捕獲該信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的處理，例如超時(shí)處理或重新嘗試任務(wù)。

定期任務(wù)：進(jìn)程可以使用alarm系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置一個(gè)定期觸發(fā)的時(shí)間點(diǎn)。在每個(gè)觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)上，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送一個(gè)SIGALRM信號(hào)給進(jìn)程，進(jìn)程可以捕獲該信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)的操作。這種方式可以用于實(shí)現(xiàn)定期任務(wù)，例如每隔一段時(shí)間檢查文件更新、統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)資源使用情況等。

喚醒休眠的進(jìn)程：當(dāng)進(jìn)程進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，可以使用alarm系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置一個(gè)喚醒時(shí)間。當(dāng)休眠的進(jìn)程到達(dá)指定的喚醒時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送一個(gè)SIGALRM信號(hào)將其喚醒。

需要注意的是，如果指定的時(shí)間設(shè)置為0，則alarm系統(tǒng)調(diào)用會(huì)立即返回而不發(fā)送任何信號(hào)。此外，如果進(jìn)程沒有捕獲SIGALRM信號(hào)并對(duì)其做出處理，那么默認(rèn)情況下進(jìn)程將被終止。因此，在使用alarm系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，通常需要編寫代碼來捕獲和處理SIGALRM信號(hào)。

我們可以寫一個(gè)小例子：


五秒鐘之后該進(jìn)程就會(huì)收到一個(gè)sigalarm信號(hào)，然后打印上面的輸出。

注意alarm系統(tǒng)調(diào)用是無法實(shí)現(xiàn)多任務(wù)計(jì)時(shí)器的效果的，只能一個(gè)任務(wù)一個(gè)計(jì)數(shù)器，比如剛剛的程序，如果有三個(gè)alarm：


實(shí)際上只會(huì)執(zhí)行第三個(gè)alarm，一秒鐘就打印了alarm clock，和秒數(shù)無關(guān)，只會(huì)執(zhí)行最下面的那個(gè)alarm。

這就意味著如果程序當(dāng)中出現(xiàn)多個(gè)alarm時(shí)可能就會(huì)出錯(cuò)，這里涉及到下一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的使用，pause()；

pause()

Linux系統(tǒng)中的pause系統(tǒng)調(diào)用是一種讓當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)，直到接收到某種信號(hào)為止的機(jī)制。它的函數(shù)原型如下：

#include <unistd.h>  int pause(void);

pause`系統(tǒng)調(diào)用會(huì)使當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)，直到收到一個(gè)信號(hào)為止。收到信號(hào)后，進(jìn)程會(huì)返回-1，并設(shè)置errno為收到信號(hào)的編號(hào)。

pause系統(tǒng)調(diào)用的主要作用是讓進(jìn)程暫停執(zhí)行，等待接收信號(hào)。它通常用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步、延時(shí)操作或等待某個(gè)條件滿足等場景。

下面是一些使用pause系統(tǒng)調(diào)用的示例：

進(jìn)程間同步：如果有多個(gè)進(jìn)程需要按照一定的順序執(zhí)行，可以使用pause系統(tǒng)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)同步。例如，一個(gè)進(jìn)程在完成某項(xiàng)任務(wù)之前，先調(diào)用pause等待另一個(gè)進(jìn)程完成其他任務(wù)。當(dāng)另一個(gè)進(jìn)程完成任務(wù)后，發(fā)送一個(gè)信號(hào)給第一個(gè)進(jìn)程，第一個(gè)進(jìn)程收到信號(hào)后繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)任務(wù)。

延時(shí)操作：pause系統(tǒng)調(diào)用也可以用于實(shí)現(xiàn)簡單的延時(shí)操作。通過調(diào)用pause函數(shù)，進(jìn)程會(huì)進(jìn)入等待狀態(tài)直到接收到信號(hào)。通過設(shè)置等待的時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)一定時(shí)間間隔的延時(shí)效果。

等待某個(gè)條件滿足：當(dāng)進(jìn)程需要等待某個(gè)條件滿足才能繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，可以使用pause系統(tǒng)調(diào)用。例如，進(jìn)程在執(zhí)行某個(gè)操作之前需要等待文件就緒，此時(shí)可以先調(diào)用pause等待文件就緒。當(dāng)文件就緒后，其他進(jìn)程可以發(fā)送一個(gè)信號(hào)給該進(jìn)程，該進(jìn)程收到信號(hào)后繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)操作。

需要注意的是，在使用pause系統(tǒng)調(diào)用時(shí)需要謹(jǐn)慎處理信號(hào)的處理方式。如果進(jìn)程沒有捕獲信號(hào)并對(duì)其做出處理，那么默認(rèn)情況下進(jìn)程將被終止。因此，通常需要編寫代碼來捕獲信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的處理，例如忽略信號(hào)、處理信號(hào)或者進(jìn)行其他操作。

有了pause系統(tǒng)調(diào)用，我們就可以解決剛剛程序中的CPU忙等問題啦：

該程序的執(zhí)行順序?yàn)?#xff1a;先執(zhí)行alarm，此時(shí)會(huì)有一個(gè)計(jì)時(shí)器在計(jì)時(shí)，然后程序繼續(xù)向下執(zhí)行打印hahah字符串，然后就會(huì)進(jìn)入while(1)死循環(huán)中（之前CPU會(huì)卡在這里一直忙等直到alarm時(shí)間到發(fā)送中斷信號(hào)而終止程序），但現(xiàn)在有了pause之后則會(huì)直接讓進(jìn)程進(jìn)入等待阻塞的狀態(tài)而不會(huì)讓CPU一直跑這個(gè)循環(huán)，直到alarm計(jì)時(shí)器到了之后發(fā)送sigalarm信號(hào)給該程序，該程序就被終止了。pause所起到的作用也就是釋放了CPU。

另外之前提過sleep函數(shù)有缺陷最好別用，這是因?yàn)楦鱾€(gè)系統(tǒng)上的sleep函數(shù)的底層實(shí)現(xiàn)有可能不一樣，這就會(huì)導(dǎo)致意外的錯(cuò)誤，比如有些系統(tǒng)的sleep就是使用 alarm + pause 進(jìn)行封裝的，那假如我們的程序中也有alarm，那剛剛才說過alarm是不支持多任務(wù)計(jì)時(shí)的，這程序邏輯不就出錯(cuò)了嗎？所以考慮到移植問題，我們最好別輕易使用sleep函數(shù)。

接下來我們來寫幾個(gè)例子。

例子1，定時(shí)循環(huán)，即讓一個(gè)數(shù)瘋狂的自增五秒鐘，復(fù)習(xí)一個(gè)之前學(xué)習(xí)過的time函數(shù)：

在Linux中，time函數(shù)是C語言中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，它用于獲取當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間。

time函數(shù)的原型如下：

time_t time(time_t *tloc);

它接受一個(gè)指向 time_t 類型的指針作為參數(shù)，并將當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間（以從1970年1月1日00:00:00 UTC開始的秒數(shù)）存儲(chǔ)在該指針指向的位置上。如果參數(shù)tloc為NULL，則time函數(shù)只返回當(dāng)前時(shí)間的秒數(shù)，而不保存到任何變量中。

補(bǔ)充這個(gè)函數(shù)是因?yàn)榈谝粋€(gè)例子我們先不用信號(hào)來處理：

接下來用信號(hào)來處理一遍：

可以看見使用信號(hào)來進(jìn)行處理會(huì)更加的精確，另外這一塊內(nèi)容可以從匯編的角度來看，這個(gè)具體就參考一些其它的內(nèi)容吧，我就再補(bǔ)充一個(gè)關(guān)鍵字volatile的用法：

在Linux C中，volatile關(guān)鍵字用于告訴編譯器不要對(duì)變量進(jìn)行優(yōu)化，即使這個(gè)變量沒有被修改。

在C語言中，編譯器通常會(huì)對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，以提升程序的運(yùn)行效率。這種優(yōu)化可能會(huì)導(dǎo)致某些變量的值被緩存或者寄存器中，而不是直接從內(nèi)存中讀取。這對(duì)于一些循環(huán)或者條件語句中使用的變量很常見。

然而，有些情況下，我們希望編譯器始終從內(nèi)存中讀取變量的值，而不是使用緩存的值。這種情況下，我們就可以使用volatile關(guān)鍵字來告訴編譯器不要對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行優(yōu)化。

volatile關(guān)鍵字告訴編譯器這個(gè)變量可能會(huì)被意外地修改，因此不能使用緩存的值。例如，在多線程編程中，一個(gè)線程修改了一個(gè)變量的值，而另一個(gè)線程需要讀取這個(gè)變量的值。如果編譯器對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行了優(yōu)化，那么另一個(gè)線程可能無法獲取到修改后的值。因此，在這種情況下，我們需要將這個(gè)變量聲明為volatile。

需要注意的是，volatile關(guān)鍵字只能保證編譯器不會(huì)對(duì)變量進(jìn)行優(yōu)化，但并不能保證變量的值不會(huì)被修改。因此，在多線程編程中，我們還需要使用其他的同步機(jī)制來確保變量的值不會(huì)被意外地修改。

abort()

在Linux中，abort函數(shù)是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，用于終止當(dāng)前進(jìn)程并生成一個(gè)異常。它的原型如下：

#include <stdlib.h>  void abort(void);

abort`函數(shù)的作用是立即終止當(dāng)前進(jìn)程，并產(chǎn)生一個(gè)異常信號(hào)。默認(rèn)情況下，該信號(hào)將被進(jìn)程的信號(hào)處理程序捕獲，并導(dǎo)致程序異常終止。如果進(jìn)程沒有安裝信號(hào)處理程序，或者信號(hào)處理程序未能終止進(jìn)程，則進(jìn)程可能會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，但這并不是一個(gè)推薦的做法。

當(dāng)調(diào)用abort函數(shù)時(shí)，會(huì)執(zhí)行以下操作：

1、生成一個(gè)異常信號(hào)（通常是SIGABRT）。
2、如果進(jìn)程有未捕獲的異常信號(hào)，則立即終止進(jìn)程。
3、如果進(jìn)程有已捕獲的異常信號(hào)處理程序，則執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。
4、如果異常信號(hào)處理程序未能終止進(jìn)程，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行直到下一個(gè)異?；蛘＝K止。

abort函數(shù)通常用于在程序中檢測到無法處理的錯(cuò)誤條件時(shí)終止進(jìn)程。它是一種快速終止進(jìn)程的方法，但需要注意的是，它不會(huì)執(zhí)行任何清理操作（如調(diào)用atexit函數(shù)注冊(cè)的函數(shù)）。因此，在使用abort函數(shù)時(shí)，需要確保程序能夠正確地處理異常情況，并盡可能進(jìn)行必要的清理工作。

信號(hào)集

信號(hào)集相關(guān)的函數(shù)如下：

上述函數(shù)族都涉及一個(gè)信號(hào)集類型：sigset_t 。

sigemptyset函數(shù)及其相關(guān)函數(shù)是Linux下信號(hào)處理（signal handling）中的重要組成部分。它們用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行操作，包括添加、移除和檢查信號(hào)的處理器。這些函數(shù)主要用于處理系統(tǒng)發(fā)出的不同類型的信號(hào)，如中斷、異常等。

以下是對(duì)這些函數(shù)的詳細(xì)解釋：

sigemptyset：此函數(shù)用于清空信號(hào)集。它接受一個(gè)sigset_t類型的參數(shù)，該參數(shù)是一個(gè)信號(hào)集，所有信號(hào)都被移除。
例如：

#include <signal.h>  
sigset_t signal_set;  
sigemptyset(&signal_set);

sigfillset：此函數(shù)與sigemptyset相反，它接受一個(gè)sigset_t類型的參數(shù)，并將其所有信號(hào)設(shè)置為已添加到該集。
例如：

#include <signal.h>  
sigset_t signal_set;  
sigfillset(&signal_set);

sigaddset：此函數(shù)將指定的信號(hào)添加到給定的信號(hào)集中。它接受兩個(gè)參數(shù)：一個(gè)是sigset_t類型的信號(hào)集，另一個(gè)是要添加的信號(hào)。
例如：

#include <signal.h>  
sigset_t signal_set;  
sigemptyset(&signal_set);  // 清空信號(hào)集  
sigaddset(&signal_set, SIGINT);  // 添加SIGINT信號(hào)到信號(hào)集中

sigdelset：此函數(shù)從給定的信號(hào)集中刪除指定的信號(hào)。它接受兩個(gè)參數(shù)：一個(gè)是sigset_t類型的信號(hào)集，另一個(gè)是要從集中刪除的信號(hào)。
例如：

#include <signal.h>  
sigset_t signal_set;  
sigfillset(&signal_set);  // 添加所有信號(hào)到信號(hào)集中  
sigdelset(&signal_set, SIGINT);  // 從信號(hào)集中刪除SIGINT信號(hào)

sigismember：此函數(shù)檢查指定的信號(hào)是否存在于給定的信號(hào)集中。它接受兩個(gè)參數(shù)：一個(gè)是sigset_t類型的信號(hào)集，另一個(gè)是要檢查的信號(hào)。如果信號(hào)存在于集中，則返回1；否則返回0。
例如：

#include <signal.h>  
sigset_t signal_set;  
sigfillset(&signal_set);  // 添加所有信號(hào)到信號(hào)集中  
if (sigismember(&signal_set, SIGINT)) {  // 檢查SIGINT信號(hào)是否在信號(hào)集中  // SIGINT信號(hào)在信號(hào)集中，執(zhí)行相應(yīng)的代碼  
} else {  // SIGINT信號(hào)不在信號(hào)集中，執(zhí)行相應(yīng)的代碼  
}

信號(hào)屏蔽字 / pending集的處理

還記得之前說過的mask位圖嗎，我們可以使用 sigprocmask() 這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來進(jìn)行人為的對(duì)mask位圖的干涉。

sigprocmask是Linux系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，用于在進(jìn)程級(jí)別設(shè)置信號(hào)屏蔽字，即決定哪些信號(hào)可以被進(jìn)程接收和處理。它允許進(jìn)程更改當(dāng)前的內(nèi)核的阻塞信號(hào)集以阻止（屏蔽）或允許（取消屏蔽）特定的信號(hào)傳遞到進(jìn)程。

sigprocmask函數(shù)的原型如下：

#include <signal.h>  int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

sigprocmask`函數(shù)接受三個(gè)參數(shù)：

how：指定如何修改內(nèi)核阻塞信號(hào)集，有以下幾種方式：

SIG_BLOCK：將內(nèi)核阻塞信號(hào)集與給定的自定義信號(hào)集合set進(jìn)行邏輯或操作，即將set中的信號(hào)添加到屏蔽字中。
SIG_UNBLOCK：將內(nèi)核阻塞信號(hào)集與給定的自定義信號(hào)集合set的補(bǔ)集進(jìn)行邏輯與操作，即從屏蔽字中移除set中的信號(hào)。
SIG_SETMASK：將內(nèi)核的阻塞信號(hào)集設(shè)置為給定的信號(hào)集合set。

set：指向一個(gè)信號(hào)集合的指針，表示需要修改的信號(hào)集合。

oldset：指向一個(gè)信號(hào)集合的指針，用于存儲(chǔ)修改前的內(nèi)核的阻塞信號(hào)集。如果不關(guān)心舊的內(nèi)核的阻塞信號(hào)集，可以傳遞NULL。

sigprocmask函數(shù)返回成功時(shí)返回0，出錯(cuò)時(shí)返回-1并設(shè)置errno。在調(diào)用sigprocmask之后，內(nèi)核的阻塞信號(hào)集將根據(jù)how參數(shù)的值進(jìn)行相應(yīng)的修改。被屏蔽的信號(hào)不會(huì)被進(jìn)程接收，而會(huì)被暫時(shí)掛起。當(dāng)信號(hào)再次變得可接收時(shí)，這些信號(hào)將被傳遞給進(jìn)程。

我們來寫一個(gè)小例子來感受這個(gè)事情，這個(gè)程序是建立在之前的打印*號(hào)的程序基礎(chǔ)上改的：

編譯運(yùn)行就有了如下效果：

從輸出的第一行和第二行可以看到，我們先用ctrl+c發(fā)出了一個(gè)sigint信號(hào)，但是直到第二行開始的時(shí)候該信號(hào)才被響應(yīng)，這符合我們的預(yù)期。第七行和第八行，我們連續(xù)發(fā)送多個(gè)sigint信號(hào)，可以看見該信號(hào)只會(huì)被響應(yīng)一次，這是因?yàn)榫退惆l(fā)送多次，因?yàn)樵撔盘?hào)的mask位已經(jīng)被置為0了，所以收到多少次其實(shí)都不會(huì)被響應(yīng)，而最后mask位重新被置為1時(shí)也就只能響應(yīng)到一次了（具體可以看上面的信號(hào)的響應(yīng)過程那一章節(jié)）。

而sigprocmask的第三個(gè)參數(shù)是用來恢復(fù)信號(hào)集狀態(tài)的，依然是改上面的程序：


運(yùn)行效果相同，這里不再贅述。

上面說了關(guān)于mask位圖的操作系統(tǒng)調(diào)用，對(duì)于pending位圖也是有的，叫sigpending():

sigpending函數(shù)是Linux中的一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，用于查詢當(dāng)前進(jìn)程的未決信號(hào)集合。未決信號(hào)集合是指那些已經(jīng)發(fā)送給進(jìn)程但尚未被處理的信號(hào)。這些信號(hào)可能因?yàn)楸黄帘味鵁o法立即傳遞給進(jìn)程。

sigpending函數(shù)的原型如下：

#include<signal.h>  
int sigpending(sigset_t *set);

使用此函數(shù)需導(dǎo)入<signal.h>頭文件。

該函數(shù)將進(jìn)程的未決信號(hào)集合存儲(chǔ)在參數(shù)set指向的位置。如果成功，函數(shù)返回0，否則返回-1并設(shè)置errno以指示錯(cuò)誤。

在Linux中，可以通過修改內(nèi)核頭文件signal.h中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)自定義的信號(hào)處理。例如，可以在自定義的信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用sigpending函數(shù)來獲取當(dāng)前進(jìn)程的未決信號(hào)集合。

需要注意的是，在多線程或多進(jìn)程環(huán)境下，由于多個(gè)線程或進(jìn)程可能同時(shí)處理相同的信號(hào)，因此使用sigpending函數(shù)時(shí)需要考慮線程安全和進(jìn)程間同步的問題。同時(shí)，在調(diào)用sigpending函數(shù)時(shí)也需要保證進(jìn)程處于正確的狀態(tài)，例如不能在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用sigpending函數(shù)，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致競爭條件和不可預(yù)測的行為。

但是這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用基本上用不到，就了解一下即可。

更好的信號(hào)相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用：sigsuspend()、sigaction()、setitimer()

sigsuspend()

這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用可以用來幫我們寫信號(hào)驅(qū)動(dòng)程序，是一個(gè)非常強(qiáng)大的系統(tǒng)調(diào)用。

sigsuspend函數(shù)是Linux中的系統(tǒng)調(diào)用，用于掛起進(jìn)程并等待特定的信號(hào)。它可以看作是sigprocmask函數(shù)和pause函數(shù)的組合。

sigsuspend函數(shù)的原型如下：

#include<signal.h>  
int sigsuspend(const sigset_t *mask);

使用此函數(shù)需導(dǎo)入<signal.h>頭文件。

sigsuspend函數(shù)會(huì)暫停進(jìn)程的執(zhí)行，直到收到指定的信號(hào)。它接受一個(gè)參數(shù)mask，該參數(shù)是一個(gè)信號(hào)集，用于指定需要屏蔽的信號(hào)。當(dāng)收到指定的信號(hào)時(shí)，進(jìn)程會(huì)恢復(fù)執(zhí)行。

與pause函數(shù)相比，sigsuspend函數(shù)更加靈活。它可以指定需要屏蔽的信號(hào)，而不是簡單地等待任何信號(hào)。同時(shí)，sigsuspend函數(shù)也解決了競態(tài)條件的問題。當(dāng)調(diào)用sigsuspend函數(shù)時(shí)，進(jìn)程的信號(hào)屏蔽字由mask參數(shù)指定，可以通過指定mask來臨時(shí)解除對(duì)某個(gè)信號(hào)的屏蔽，然后掛起等待。當(dāng)sigsuspend返回時(shí)，進(jìn)程的信號(hào)屏蔽字恢復(fù)為原來的值，如果原來對(duì)該信號(hào)是屏蔽的，從sigsuspend返回后仍然是屏蔽的。

需要注意的是，在多線程或多進(jìn)程環(huán)境下，使用sigsuspend函數(shù)時(shí)需要考慮線程安全和進(jìn)程間同步的問題。同時(shí)，在調(diào)用sigsuspend函數(shù)時(shí)也需要保證進(jìn)程處于正確的狀態(tài)，例如不能在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用sigsuspend函數(shù)，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致競爭條件和不可預(yù)測的行為。

接下來我們使用剛剛的程序來實(shí)現(xiàn)一個(gè)例子，之前是阻塞信號(hào)處理函數(shù)到下一行開始的時(shí)候才執(zhí)行，現(xiàn)在改成阻塞住之后通過信號(hào)驅(qū)動(dòng)的方式再執(zhí)行信號(hào)處理函數(shù)進(jìn)行打印！，否則就一直阻塞住，其實(shí)這個(gè)使用我們之前說過的pause系統(tǒng)調(diào)用就能實(shí)現(xiàn)，但是它有缺陷;


從第一行和第二行可以看到確實(shí)是達(dá)到了我們一開始想要的效果，但有個(gè)問題，就是我們連續(xù)發(fā)送sigint信號(hào)時(shí)，信號(hào)是會(huì)打斷阻塞的系統(tǒng)調(diào)用的（也就是上圖中的sleep系統(tǒng)調(diào)用，都沒有被阻塞一秒就直接打印*號(hào)了）。

我們想要的效果是在每一行*打印期間，就算收到了信號(hào)但是也不做出響應(yīng)，此時(shí)就得使用我們這里說的sigsuspend系統(tǒng)調(diào)用了：

這個(gè)例子舉的有點(diǎn)亂…看不懂就算了，以后經(jīng)驗(yàn)豐富起來了應(yīng)該就懂了。

sigaction()

sigaction函數(shù)是一個(gè)Linux系統(tǒng)調(diào)用，用于設(shè)置信號(hào)處理函數(shù)，以指定在進(jìn)程收到信號(hào)時(shí)應(yīng)采取的操作。

函數(shù)原型：

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

參數(shù)：

signum：指定要捕獲的信號(hào)類型。

act：指向一個(gè)sigaction結(jié)構(gòu)體的指針，該結(jié)構(gòu)體包含新的信號(hào)處理方式。

oldact：指向一個(gè)sigaction結(jié)構(gòu)體的指針，用于輸出先前信號(hào)的處理方式（如果不為NULL的話）。

sigaction函數(shù)允許您同時(shí)檢查或修改與指定信號(hào)相關(guān)聯(lián)的處理動(dòng)作。如果您希望使用自定義的信號(hào)處理函數(shù)，可以將act參數(shù)設(shè)置為指向您自定義函數(shù)的結(jié)構(gòu)體指針。如果oldact參數(shù)不為NULL，則該參數(shù)用于輸出先前信號(hào)的處理方式。

使用sigaction函數(shù)可以設(shè)置信號(hào)處理函數(shù)以捕獲各種類型的信號(hào)，例如中斷（如SIGINT）、異常（如SIGSEGV）等。在信號(hào)處理函數(shù)中，您可以執(zhí)行特定的操作，例如清理和終止程序、跳轉(zhuǎn)到備用代碼等。

請(qǐng)注意，在使用sigaction函數(shù)時(shí)，需要確保信號(hào)處理函數(shù)的可重入性，并避免在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用其他可能導(dǎo)致不可預(yù)測行為的系統(tǒng)調(diào)用。

對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的第二個(gè)結(jié)構(gòu)體參數(shù)再進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的說明：

在Linux的sigaction系統(tǒng)調(diào)用中，第二個(gè)參數(shù)是一個(gè)指向struct sigaction結(jié)構(gòu)體的指針。struct sigaction結(jié)構(gòu)體是一個(gè)用于描述信號(hào)處理函數(shù)和相關(guān)屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

以下是 struct sigaction 結(jié)構(gòu)體的主要成員：

__sighandler_t sa_handler：這是一個(gè)函數(shù)指針，它指向在進(jìn)程接收到信號(hào)時(shí)被調(diào)用的信號(hào)處理函數(shù)。這個(gè)函數(shù)通常接受一個(gè)整數(shù)參數(shù)，即信號(hào)的值。當(dāng)信號(hào)被捕獲時(shí)，內(nèi)核將調(diào)用這個(gè)函數(shù)來處理信號(hào)。

sigset_t sa_mask：這是一個(gè)信號(hào)集，用于指定在信號(hào)處理函數(shù)執(zhí)行期間需要被屏蔽的信號(hào)。在信號(hào)處理函數(shù)的執(zhí)行期間，這些信號(hào)將被忽略。這樣可以防止在處理一個(gè)信號(hào)時(shí)被其他信號(hào)中斷。

unsigned long sa_flags：這是一組標(biāo)志位，用于指定信號(hào)處理函數(shù)的屬性。這些標(biāo)志位可以控制信號(hào)處理函數(shù)的執(zhí)行方式，例如是否在處理函數(shù)返回后自動(dòng)重新注冊(cè)處理函數(shù)等。

void (*sa_restorer)(void)：這是一個(gè)可選的函數(shù)指針，用于恢復(fù)信號(hào)處理函數(shù)之前的狀態(tài)。在信號(hào)處理函數(shù)的執(zhí)行期間，內(nèi)核將使用這個(gè)函數(shù)來恢復(fù)處理函數(shù)的先前狀態(tài)，以便在處理函數(shù)返回后可以繼續(xù)執(zhí)行。

使用sigaction系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，可以將struct sigaction結(jié)構(gòu)體中的sa_handler成員設(shè)置為自定義的信號(hào)處理函數(shù)，以指定在接收到特定信號(hào)時(shí)應(yīng)該執(zhí)行的操作。同時(shí)，還可以根據(jù)需要設(shè)置sa_mask和sa_flags等成員來進(jìn)一步控制信號(hào)處理的行為。這個(gè)結(jié)構(gòu)體中的最后一個(gè) sa_restorer 是已經(jīng)不怎么用了的，了解一下即可，主要是用其它的幾個(gè)。

我們可以使用這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來取代signal()系統(tǒng)調(diào)用，這是一種更好的做法，因?yàn)閟ignal系統(tǒng)調(diào)用自身存在一定缺陷。

我們改寫一個(gè)之前寫的守護(hù)進(jìn)程的那個(gè)例子來感受一下這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的用法：

setitimer()

setitimer系統(tǒng)調(diào)用是Linux系統(tǒng)中的一個(gè)功能，用于設(shè)置一個(gè)間隔性定時(shí)器。它可以設(shè)置一個(gè)進(jìn)程在特定時(shí)間間隔后接收一個(gè)信號(hào)（signal），通常用于限制程序或操作的執(zhí)行時(shí)間、定期執(zhí)行任務(wù)等。

setitimer系統(tǒng)調(diào)用的原型如下：

#include <sys/time.h>  int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

setitimer`函數(shù)接受三個(gè)參數(shù)：

which：指定設(shè)置哪種類型的定時(shí)器，有以下三種類型：

ITIMER_REAL：以實(shí)時(shí)時(shí)間遞減，到期后發(fā)送SIGALRM信號(hào)。
ITIMER_VIRTUAL：只有在進(jìn)程執(zhí)行時(shí)才遞減，到期后發(fā)送SIGVTALRM信號(hào)。
ITIMER_PROF：在進(jìn)程被執(zhí)行和系統(tǒng)在代表該進(jìn)程執(zhí)行的時(shí)間都進(jìn)行計(jì)數(shù)，到期后發(fā)送SIGPROF信號(hào)。

new_value：指向一個(gè)itimerval結(jié)構(gòu)體的指針，用于設(shè)置定時(shí)器的初始值和間隔時(shí)間。

old_value：指向一個(gè)itimerval結(jié)構(gòu)體的指針，用于返回定時(shí)器的原有值。

itimerval結(jié)構(gòu)體包含兩個(gè)成員：it_interval和it_value，分別表示定時(shí)器的間隔時(shí)間和初始值。這兩個(gè)成員都是以秒和微秒為單位進(jìn)行計(jì)時(shí)的。

當(dāng)定時(shí)器到期時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送一個(gè)信號(hào)給進(jìn)程。進(jìn)程可以捕獲這個(gè)信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)的操作。一般來說，可以使用signal函數(shù)或sigaction函數(shù)來處理這些信號(hào)。

需要注意的是，一個(gè)進(jìn)程只能有一個(gè)setitimer定時(shí)器，并且不支持在同一進(jìn)程中同時(shí)使用多次以支持多個(gè)定時(shí)器。如果需要多個(gè)定時(shí)器，可以通過編程實(shí)現(xiàn)多個(gè)定時(shí)器的邏輯。

getitimer系統(tǒng)調(diào)用是Linux系統(tǒng)中的一個(gè)功能，用于獲取一個(gè)進(jìn)程的間隔性定時(shí)器的狀態(tài)。它可以用于查詢定時(shí)器的當(dāng)前值、剩余時(shí)間以及定時(shí)器的類型。

getitimer系統(tǒng)調(diào)用的原型如下：

#include <sys/time.h>  int getitimer(int which, struct itimerval *value);

getitimer`函數(shù)接受兩個(gè)參數(shù)：

which：指定要查詢哪種類型的定時(shí)器，和setitimer系統(tǒng)調(diào)用中的which參數(shù)相同。

value：指向一個(gè)itimerval結(jié)構(gòu)體的指針，用于保存定時(shí)器的當(dāng)前值和剩余時(shí)間。

當(dāng)調(diào)用getitimer系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，會(huì)返回該定時(shí)器的當(dāng)前值和剩余時(shí)間，以及定時(shí)器的類型（即ITIMER_REAL、ITIMER_VIRTUAL或ITIMER_PROF）。如果定時(shí)器沒有設(shè)置或者不存在，則返回-1并設(shè)置errno為ENOENT。

使用getitimer系統(tǒng)調(diào)用可以方便地獲取進(jìn)程的定時(shí)器狀態(tài)，以便進(jìn)行監(jiān)控和管理。例如，可以通過查詢定時(shí)器的剩余時(shí)間來判斷是否需要進(jìn)行某些操作，或者通過獲取定時(shí)器的當(dāng)前值來判斷是否已經(jīng)超過了某個(gè)時(shí)間閾值。

我們可以使用這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來取代 alarm 系統(tǒng)調(diào)用。

實(shí)時(shí)信號(hào)

Linux下的實(shí)時(shí)信號(hào)是一種改進(jìn)的信號(hào)機(jī)制，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)而言，它具有更高的可靠性和可控性。

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是 Linux 系統(tǒng)中的一種異步通信方式，用于通知進(jìn)程發(fā)生了某種事件。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的投遞順序未定義，且信號(hào)不排隊(duì)會(huì)丟失。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程多次接收到相同的信號(hào)時(shí)，它只會(huì)接收到一次信號(hào)，而丟失的信號(hào)將無法被處理。此外，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)中用于自定義的只有SIGUSER1和SIGUSER2，而實(shí)時(shí)信號(hào)的信號(hào)范圍有所擴(kuò)大，可供應(yīng)用程序自定義的目的。

實(shí)時(shí)信號(hào)是一種改進(jìn)的信號(hào)機(jī)制，它解決了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的缺陷。實(shí)時(shí)信號(hào)采取的是隊(duì)列化管理，如果某一個(gè)信號(hào)多次發(fā)送給一個(gè)進(jìn)程，該進(jìn)程會(huì)多次收到這個(gè)信號(hào)。此外，實(shí)時(shí)信號(hào)還具備以下優(yōu)勢：

傳遞順序有保障：不同的實(shí)時(shí)信號(hào)之間有傳遞順序的保障，信號(hào)的編號(hào)越小優(yōu)先級(jí)越高。

可伴隨數(shù)據(jù)：實(shí)時(shí)信號(hào)可以伴隨數(shù)據(jù)，供接收進(jìn)程的信號(hào)處理器使用。

綜上所述，實(shí)時(shí)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之間的區(qū)別在于：實(shí)時(shí)信號(hào)解決了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的缺陷，具備更高的可靠性和可控性，同時(shí)具備傳遞順序保障和伴隨數(shù)據(jù)等優(yōu)勢。

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是Unix系統(tǒng)早期定義的信號(hào)類型，被稱為傳統(tǒng)信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。傳統(tǒng)信號(hào)的范圍是1到31，用整數(shù)方式表示，例如，SIGINT是2，SIGALRM是14。傳統(tǒng)信號(hào)的處理方式是異步的，即信號(hào)發(fā)送后立即觸發(fā)信號(hào)處理程序執(zhí)行，中斷當(dāng)前進(jìn)程的正常執(zhí)行流程。傳統(tǒng)信號(hào)的處理程序是函數(shù)指針，可以由進(jìn)程注冊(cè)自定義的信號(hào)處理函數(shù)，用于在接收到信號(hào)時(shí)執(zhí)行特定的操作。如果進(jìn)程沒有為某個(gè)信號(hào)注冊(cè)處理函數(shù)，操作系統(tǒng)將采用默認(rèn)的處理方式，例如終止進(jìn)程、忽略信號(hào)或者產(chǎn)生核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件。

實(shí)時(shí)信號(hào)（Real-Time Signals）是在POSIX.1b標(biāo)準(zhǔn)中引入的一種更高級(jí)的信號(hào)機(jī)制。實(shí)時(shí)信號(hào)的范圍是從實(shí)時(shí)信號(hào)1（SIGRTMIN）到實(shí)時(shí)信號(hào)31（SIGRTMAX），共計(jì)64個(gè)信號(hào)。實(shí)時(shí)信號(hào)的處理方式可以是同步的或異步的，具體取決于進(jìn)程設(shè)置的信號(hào)發(fā)送和接收機(jī)制。實(shí)時(shí)信號(hào)的處理程序是函數(shù)指針，可以由進(jìn)程注冊(cè)自定義的信號(hào)處理函數(shù)，用于在接收到信號(hào)時(shí)執(zhí)行特定的操作。實(shí)時(shí)信號(hào)的一個(gè)重要特點(diǎn)是可以傳遞一個(gè)整數(shù)值作為附加數(shù)據(jù)，這使得實(shí)時(shí)信號(hào)在進(jìn)程間通信中非常有用。實(shí)時(shí)信號(hào)相對(duì)于傳統(tǒng)信號(hào)具有更高的靈活性和可靠性，且能夠提供更細(xì)粒度的信號(hào)處理。傳統(tǒng)信號(hào)在某些情況下可能會(huì)發(fā)生競爭條件或丟失信號(hào)的問題，而實(shí)時(shí)信號(hào)可以幫助解決這些問題。

實(shí)時(shí)信號(hào)并沒有相關(guān)的可以使用的系統(tǒng)調(diào)用或者函數(shù)，實(shí)時(shí)信號(hào)的使用與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的使用相比其實(shí)就是值的不同，用不同的值來區(qū)別系統(tǒng)調(diào)用使用的是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)還是實(shí)時(shí)信號(hào)，比如下面要使用實(shí)時(shí)信號(hào) SIGRTMIN+6，那么我們可以宏定義一個(gè)值來代替它：

此時(shí)在程序中直接使用這個(gè)值就可以使用實(shí)時(shí)信號(hào)了：