APUE-Learning-标准IO & 信号

标准I/O

流与FILE对象

• 注意与struct file[打开文件表项]结构的不同
• 一个字符可以使用单个(ASCII字符集)或多个(国际字符集)字节表示
• 多字节I/O函数 (wchar.h)
• 标准I/O打开文件时，创建了一个流对象，并将其与该文件关联起来
• fopen()打开一个流时，返回一个指向FILE对象的指针
• FILE对象中包含详尽的信息：用于实际I/O的文件描述符、指向用于该流缓冲区的指针、缓冲区的长度、当前在缓冲区中的字符数、出错标志等
• 预定义了三个标准流，使用<stdio.h>中定义的FILE指针，stdin, stdout, stderr
• 流和文件的概念是分开的：流即使用FILE表示，文件只能与某个流对应起来

缓冲类型

• 全缓冲：填满标准I/O缓冲区后，才进行实际的I/O操作。驻留在磁盘上的文件通常由标准I/O实施全缓冲。在一个流上执行第一次I/O操作时，相关标准I/O函数通常调用malloc函数获得需使用的缓冲区
  • 也可调用fflush(file flush)将未填满的缓冲区写到磁盘上
• 行缓冲：当在输入/输出中遇到换行符时【由于缓冲区长度固定，当缓冲区满时也会执行实际I/O操作】，标准I/O库执行I/O操作。标准输入/输出通常为行缓冲
• 不带缓冲：标准错误流通常不带缓冲

二进制I/O

• 指定读写的数据类型长度，及数据个数

进程流程控制

setjump(jmp_buf env)

• 调用该宏时将当前上下文环境保存再env中，包括栈指针、PC、寄存器等，以便后续longjump使用
• 如果该宏直接返回则它的返回值为0
• 如果它从后续的longjump()返回，则返回一个非零值

longjump()

• 使用env中保存的前面某个流程的环境，跳转到该执行流

信号 -> 异步场景解决方案

• 不存在编号为0的信号，kill函数对编号0有特殊的应用

信号的处理

初始化时，可以告诉内核在某个信号发生时按下列三种方式之一进行处理：

• 忽略此信号：SIGKILL和SIGSTOP信号是不能被忽略的。实际应用编程时可以设置忽略吗？ -> 不可以
• 捕捉信号：某种信号发生时，内核调用用户提前注册的回调函数。无法捕捉SIGKILL和SIGSTOP信号
• 默认动作：大多数信号的默认动作是终止进程

早期的不可靠信号

• 进程每次接收到信号对其进行处理时，随即将该信号动作重置为默认值
  • 只得在处理完逻辑后重新设置该信号的信号处理函数
  • 然而在接收处理到重新设置这段时间内，有可能新的信号产生
  • 并执行默认动作（有可能是终止程序）

可重入函数

• 在信号处理函数中调用不可重入函数，其结果是不可预知的
• 信号处理函数可以运行在用户态，打断之前执行的用户进程

可靠信号

• 信号产生 -> 这段时间内信号是未决(pending)的 ->内核在进程结构体中设置标志位（向进程递送信号）

• 信号阻塞：进程可以设置阻塞某信号，如果该信号的处理方式为默认或者捕获时；当该信号产生时，内核将保持该信号为pending状态，直至进程解除了对该信号的阻塞，或者忽略该信号。于是，进程在信号传递给它之前仍可改变对该信号的动作

  • 如果解除阻塞之前，该信号产生了多次，如何处理？
    • POSIX允许内核递送该信号一次或多次(排队，且需支持POSIX.1实时扩展)
    • 此外，内核可能已经有了新的变化
  • 不能阻塞SIGKILL和SIGSTOP信号

• 如果同时有多个待递送的信号，如何处理？

  • POSIX.1没有规定递送顺序，但是建议：先递交与进程当前状态有关的信号，如SIGSEGV

• 信号屏蔽字：每个进程都有一个信号屏蔽字，每一位与一个具体的信号规定。使用数据类型：sigset_t

• 信号集：sigset_t，可以表示多个信号

• sigaction

  • sa_mask：在调用通过sigaction()注册的信号处理函数之前，要将sa_mask声明的信号屏蔽字加到进程的信号屏蔽字中；仅当从该信号处理函数返回时再恢复进程的信号屏蔽字
  • sa_flags:
    • SA_INTERRUPT：由此信号中断的系统调用不自动重启
    • SA_RESTART：此信号中断的系统调用自动重启
    • SA_SIGINFO：信号处理函数多了两个形参

• sigsetjump/siglongjump -> POSIX规范定义

  • 在使用sigaction，当执行其注册的信号处理函数时，进程的信号屏蔽字可能已经被修改，如果此时在信号处理函数中使用longjump()改变执行流，那么进程的信号屏蔽字不会恢复
  • 因此，提供了新的宏用于信号处理的情况下使用
  • 从这里也可以看出，信号处理函数应该是工作在用户态的，否则不能使用longjump跳转回用户程序

• 信号阻塞与pause

  • pasue系统调用会挂起当前进程，直到某个信号产生、被处理并返回，之后该进程被唤醒
  • 考虑：某信号被阻塞，之后想要等待该信号的发生。因此要先解除阻塞，并且使用pause()
  • 如果该信号在阻塞期间产生，则其可能在解除阻塞后立即被递送给进程，导致后续的pause()不再被唤醒
  • 为了解决这个问题，需要原子的修改进程信号屏蔽字并进入等待
    • sigsuspend()函数完成这个原子操作