【Linux】详解用户态和内核态&&内核中信号被处理的时机&&sigaction信号自定义处理方法

在Linux操作系统中，CPU有两种基本模式：内核模式（Kernel Mode）和用户模式（User Mode）。当CPU在内核模式下运行时，它可以执行指令集中的任何指令，并且可以访问所有内存和所有外围设备。当CPU在用户模式下运行时，它只能执行指令集中的一个子集，称为用户空间指令集（User Space Instruction Set），并且只能访问为用户空间分配的内存区域。

当一个任务（进程）在执行用户空间的代码时，它处于用户态；而当它执行内核空间的代码时，它处于内核态。内核态通常用于执行如下操作：

• 设备管理
• 进程管理
• 内存管理

在用户态下，进程不能直接执行这些操作，因为这会涉及到系统资源，通常需要通过系统调用来间接执行。

在Linux系统中，信号（signal）是一种异步事件，用来通知进程发生了某些事情。当内核检测到一个信号事件发生时，会将信号放入进程的信号队列中。当进程执行到安全点（safe point）时，即将离开用户空间进入内核空间时，内核会检查是否有信号需要处理，并执行信号的默认处理动作或者执行用户自定义的处理函数。

sigaction 函数用于改变进程的信号处理行为。它可以用来设定当信号被触发时应该采取的行动。函数原型如下：

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

其中 signum 是要处理的信号编号，act 是指向 sigaction 结构体的指针，该结构体定义了对指定信号的处理行为，包括信号处理函数和其他选项。oldact 也是一个 sigaction 结构体的指针，用于保存原来对应信号的处理行为。

以下是使用 sigaction 函数设置自定义信号处理函数的例子：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
 
void sig_handler(int signum) {
    printf("Caught signal %d\n", signum);
    // 处理信号...
}
 
int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = &sig_handler; // 指定信号处理函数
    sa.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&sa.sa_mask); // 初始化信号屏蔽字
 
    if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
        printf("Failed to set signal handler for SIGINT\n");
        return -1;
    }
 
    while(1) {
        pause(); // 暂停进程，等待信号
    }
 
    return 0;
}

在这个例子中，程序设置了 SIGINT（通常由Ctrl+C产生）的处理函数 sig_handler。当用户输入Ctrl+C时，会触发 SIGINT 信号，进程会暂停，并在收到信号后恢复，调用 sig_handler 函数处理信号。