# Signal

## Intro
Signal是什麼？
- 軟體中斷（處理非同步事件）
- 告訴行程某特殊事件發生了
- 非同步事件？
- from 硬體
- 存取非法記憶體位置
- 除以０
- from 使用者輸入
- Ctrl + C
- from another process
- To sum up
- 信號 = 行程間的通信
## 6.1 信號的完整生命週期

- signal 的本質
- 行程間約定好，如果某件事情T發生了（trigger），就向目標行程（destination process）發送訊號（Ｘ），當 destination process看到X，就會意識到事件T發生了，就會執行相應的動作A（action）

- life cycle
- kernel接收到了信號，會向目標行程發送信號（在目標行程的task_struct裡加上這筆紀錄），並在適當的時間deliver給目標行程。

- 在收到信號但還沒送給目標行程之前，這個信號就會是處在掛起的狀態，此信號此時被稱作掛起信號或是未決信號（pending signal）。

- 當信號 deliver 給目標行程後，行程就會暫停，並執行該信號註冊/安裝好的信號處理函數。

## 6.2 信號的產生
* 硬體異常
* 終端相關的訊號
* 軟體事件相關的訊號

### 6.2.1 硬體異常
P.236 表 6-1

- SIGBUS
- Access to an undefined portion of a memory object
- Scenario：
- 存取資料時要對齊變數位址
- ex. int 要有4個 bytes，若存取時未對齊，便會觸發
- mmap映射檔案
- ex. 將檔案映射進記憶體，如果檔案大小被其他行程截短，則是在存取超過檔案大小的記憶體，就會觸發
- SIGFPE
- Erroneous arithmetic operation
- Scenario：
- 算術運算錯誤
- ex. 整數除以0
- SIGILL
- Illegal instruction
- Scenario
- P.237
- 
- 新架構指令集編譯的程式碼執行在舊架構的機器上

- SIGSEGV
- Invalid memory reference
- Scenario
- 存取未初始化的指標或是NULL指到的address
- 在user space想存取kernel space 的記憶體
- 企圖修改read only的記憶體位址

#### 以上四種信號會使行程中止並產生core dump

### 6.2.2 終端相關的信號
#### stty -a
- Ctrl + C: SIGINT
- Ctrl + \: SIGQUIT
- Ctrl + Z: SIGSTP

#### Terminal
SSH 斷線後，shell 接收由 kernel 傳來的 **SIGHUP** 信號，但在終止前會向由這個 shell 建立的前景行程組和背景行程組發送 **SIGHUP** 信號，預設的行為就是終止行程。

如何避免以上事件？

##### nohup

nohup command 
// stdin 導至 /dev/null
// stdout & stderr 導至 nohup.out
// 使行程不再回應 SIGHUP signal

##### setsid

setsid command
// 建立完全不屬於這個 shell 的 session 的 process
// p.239 中間

##### disown


### 6.2.3 軟體事件相關的信號
- child process 退出，kernel 可能會向 parent process 發出 **SIGCHLD** 訊號
- 
- Parent process 退出，kernel 可能會向 child process 發送信號
- 每個 task_struct 裡有一個member
- ```int pdeath_signal```
- 可用 ```prctl(PR_SET_PDEATHSIG, sig)``` 決定parent process 退出時，要向 call 此 function 的 child process 發送哪種 signal
- 

- 計時器到期，給 process 發送 signal
- p. 240 表 6-2

## 6.3 信號的預設處理函數
#### 行程接收到 Signal 會有什麼反應？

| 標記 | 描述 |
| -------- | -------- |
| ignore | 直接丟棄信號，對行程不會有任何影響 |
|terminate |終止（kill）行程|
|core|終止行程並產生 core dump file for debug|
|stop|停止行程（使行程暫停，並將其狀態設為TASK_STOPPED）|
|continue|使停止的行程恢復執行|

詳閱 P.242 P.243

#### 指定信號處理的函數而非預設：信號的安裝
- signal
- sigaction

## 6.4 信號的分類
- 不可靠信號
- [1, 31]
- 繼承自UNIX
- 存在一些弊端
- 可靠信號
- [SIGRTMIN, SIGRTMAX]

##### 信號可不可靠與安裝方式（signal/sigaction）及發送方式（kill/tkill/sigqueue）都無關，端看信號的值
##### 那可靠與不可靠到底差在哪？
- 不可靠信號
- kernel 用串列紀錄該信號是否已掛起。如果收到不可靠信號的時候，kenel 發現在 pending 的信號中有相同的信號，就丟棄該信號
- 可靠信號
- kenel 使用佇列來維護，如果收到信號，會放到相應的佇列中。（但也存在上限）
##### 我們可以說在一定的範圍程度下，可靠信號不會被丟棄。

## 6.5 傳統信號的特點
### 6.5.1 ONESHOT 特性
- 在傳統的 System V 風格的 singal，註冊完的信號處理函數只能執行一次，且在執行完後會將信號處理函數變成預設的 **SIG_DFL**，在 kernel 中會用 SA_ONESHOT 這個 macro 來代表這件事情
- kernel會將 signal 送給行程時檢查
- 信號處理函數不是 SIG_DFL
- SA_ONSHOT flag 是不是被設定了
- 若以上都有，則將信號處理函數變成預設的 **SIG_DFL**

- BSD 與 glibc 風格的 signal 則都沒有 ONESHOT 問題

### 6.5.2 執行時遮蔽自身
在執行信號處理函數期間，接收到其他的信號（甚至是一樣的訊號）
- System V
- 不會遮蔽相同的傳入訊號->重入
- ```rt_sigaction(SIGINT, {0x8048756, [], SA_INTERRUPT|SA_NODEFER|SA_RESETHAND}, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0```
- BSD
- 遮蔽相同的信號傳入
- ```rt_sigaction(SIGINT, {0x8048736, [INT], SA_RESTART}, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0```
- 中括號就是需要暫時遮蔽的信號
- 在安裝信號時，會將自身這個自定義的信號加入遮蔽集合中，所以在處理A信號（執行A信號處理函數）期間就不會再被傳來的A信號打斷
#### 原理
Kernel 傳遞訊號時會呼叫```get_signal_to_deliver``` ，用以在掛起的訊號裡選擇一個信號並送給行程，接著會呼叫```handler_signal```


ref p.251 上半段
- 如果有加 SA_NODEFER flag，正在處理的信號處理韓式就不會被阻塞（System V）

### 6.5.3 中斷system call的重啟特性
- 一些 system call會需要比較久的時間處理（read, write 等 ），因此被signal 中斷的機會變大大提升，因此在設計程式時，若希望被中斷的 system call 可以重啟，就要注意判斷 errno 時的值，如果是EINTR，system call 就重啟
- ```p.252``` 上方範例

- 但每個function都要注意的話就累死人了...
- BSD 風格的 signal 提供另一種方法
- 若 system call 被信號中斷，則在處理完信號處理函數後自動重啟 system call
- 使用 **SA_RESTART** flag 來告訴 kernel，該 system call 被信號中斷後是否要重啟
- ```rt_sigaction(SIGINT, {0x8048736, [INT], SA_RESTART}, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0```

- 但是！！也不是所有的 system call 都能在被設定了**SA_RESTART** flag 後能自動重啟
- 可以：p.253 表6-9
- 不行：p.253 表6-10
- ```man 7 signal```
##### 整理：表6-11

## 6.6 信號的可靠性
不可靠信號丟失的問題

### 6.6.1 實驗
比較發送信號的次數與信號處理函數的次數來說明信號丟失問題
p.254

### 6.6.2 信號可靠性差異的根源
- 不可靠信號會不會丟棄信號 與 到底丟了多少信號，會由接收到訊號與信號送給行程的時序決定

- 紀錄掛起訊號的資料結構：

- 共有 64 種訊號，在64-bit OS 中，一個 unsigned long 就夠用了

- kernel 收到信號時，會分配一個結構體，並加入list開頭的串列（struct sigpending 的 member）
- 
- 如果收到不可靠信號，會檢查串列中對應的位置使否已存在（已被設為１），若已存在不可靠信號，就會丟棄該信號

- 如果收到可靠信號，不管是不是該信號是不是已經掛起，都會分配一個struct sigqueue，並加入 sigpending 中，因此不會丟失
- 但也不能無限加入
- 
- 
- 也可用```ulimit -i unlimited```修改

## 6.7 信號的安裝
先前提到的BSD風格的安裝signal的函數僅能針對SIGINT做遮蔽，如果同時要遮蔽其他信號，例如SIGUP, SIGUSR1就沒辦法了（SIGKILL & SIGSTOP無法遮蔽）

因此需要sigaction，得以更精確的安裝訊號


- 利用 sa_flags 可以控制以下 flag (用bitwise OR of zero or more of following)
- SA_NOCLDSTOP
- SA_NOCLDWAIT
- SA_ONESHOT and SA_RESETHAND
- SA_NODEFER and SA_NOMASK
- SA_RESTART
- SA_SIGINFO
- 額外的參數
- 發送此信號的行程的 PID UID 及額外資訊
- P.263 example