Linux fd 系列｜信号编程（signal）竟能这样做？涨姿势了！
信号是什么？
Linux 操作系统
首先说，信号（signal）是什么？
信号（ signal ）本质是 Linux 进程间通信的一种机制，也叫软中断信号。既然是通信机制，那么就是传递信息用的，信号传递的信息很简单，就是一个整数，一般用于配合系统管理任务，比如进程的终结、恢复、热加载等。
信号都用整数常量表示，命名以 SIG 为前缀，比如 SIGINT（ ctrl-c 触发），SIGKILL（ kill -9 触发 ）。
信号一般怎么产生？
由内核产生，比如内存错误，除 0 等错误，内核通过信号通知到相应的进程；
可以由其他进程传递给目标进程，比如 kill 命令就是专门干这个事情的；
信号处理分为两个阶段：
发送阶段：内核将信号（signal）放到对应的 pending 队列中；
传递阶段：也叫做处理阶段，内核将信号从 pending 队列中取出来，并且进行处理，一般是调用相应的回调函数（处理方式有三种：用户定义、内核默认定义 SIG_DEL、忽略 SIG_IGN）；
signalfd 是什么？
了解了什么是信号（ signal ），那 signalfd 又会是什么呢？
是一个跟信号关联的文件描述符，能够以 io 的行为获取到系统信号，属性上来讲 signalfd 也是一个匿名 fd 类型。
signalfd 长什么样子？
奇伢按照 man signalfd 里面的例子，写了个 demo，跑在 Linux 机器上，按照惯例去看下 fd 的样子。
从这里可以得到简单的信息：
signal 用的匿名 inode ，signalfd 属于匿名 fd 的一种；
句柄关联的重要信息就是 sigmask，通过 /proc/${pid}/fdinfo/3 能看到这个值；
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signalfd 使用姿势？
其实信号是很讲究的，甚至有信号编程一说，Linux 的 signalfd 为信号的处理提供了一种新的方法，统一到文件的 io 模式，契合一切接文件的理念。
系统调用：
该系统调用返回一个整数类型 signalfd，这个句柄跟信号行为绑定，当发生信号的时候，句柄触发可读事件。
第一个参数也可以传入一个有效的信号 fd 的句柄，如果传入的是 -1 ，那么内核会自动创建一个新的 fd 。
完整的代码例子，在 Linux 机器上，通过 man signalfd 就可以获取到。
上面的例子，signalfd 没有信号（没有可读事件）的时候会阻塞在read调用上，运行效果如下：
可以看到每一次 ctrl + c 触发的信号被捕捉到，并且打印出来。用文件 io 的方式来接收信号，牛。
怎么做到的呢？照例，我们浅析一下内核的代码，位于 fs/signalfd.c，这是一个很小的文件，正是这个文件完成了对信号“文件化”的封装。
上面最重要的两个调用：
sigprocmask ：设置当前进程的信号掩码，把 SIGINT，SIGQUIT 处理屏蔽掉，关闭内核默认行为；
signalfd ：获取到一个和信号关联的“文件”句柄；
signalfd 原理剖析
环境声明：
Linux 内核版本 4.19
1、signalfd
看一下 signalfd 支持的接口调用：
通过这个可以知道 signalfd 支持的特性：
支持 /proc/${pid}/fdinfo/xx 查看信息（ 对应 signalfd_show_fdinfo 函数 ）；
支持 read，close 调用 （ 对应 signalfd_read 函数 ）；
支持 poll 调用，支持 epoll 管理（ 对应 signalfd_poll 函数 ）；
2、signalfd_poll
这个函数做的事情非常简单，就是把等待对象挂到当前进程的信号结构的链表上。表头是：current->sighand->signalfd_wqh ，这个就有意思了，这里直接挂到当前进程的结构上。换句话说，唤醒也是自此表头开始。
回忆一下 timerfd ，是挂在 timerfd_ctx->wqh 的字段上。这里的差别是因为信号是对进程来说的。
3、signalfd_read
读一个 signalfd 的操作非常简单，主要逻辑：
查看当前队列中是否有信号，有的话就取出来，填充到用户给的结构体中；
如果句柄是阻塞类型的，在没有信号的时候，会切走 cpu，等到有信号的时候切回来。如果是非阻塞类型的，直接报错，返回 EAGAIN ；
简要的代码注释如下：
这里就能非常清晰的看到，进程有信号的时候，signalfd 句柄就是可读的。
signal 和 epoll 的配合
1、熟悉的 epoll_ctl
epoll_ctl 注册 signalfd 的时候，调用 signalfd_poll ，signalfd_poll 会把 epoll 创建的 wait entry 挂到 current->sighand 上。唤醒的时候调用这个 wait 链表的回调。
2、什么时候唤醒呢？
唤醒的操作其实不在 signalfd.c 文件中，而是在原有的信号软中断的流程中。
在内核函数 signalfd_notify 中，会判断进程的 sighand->signalfd_wqh 是否非空，如果非空，说明有人关注这个信号，那么就会通知到对应的 waiter 。
为了知识的完整性，说个点，signalfd_notify 其实在 timer 定时器的流程中也有调用，但跟我们本次主干没啥关系，这里忽略。
信号的发送唤醒的简要示意图：
所有的信号发送都会调用到send_signal，在这个里面实现了唤醒sighand->signalfd_wqh链表的操作。从而使得 epoll 感知到 signalfd 可读了（因为来信号了），使得 epoll 从 epoll_wait 出唤醒，然后调用 read 操作，把信号的相关信息从句柄中读出来。
划重点：唤醒在信号发送的过程。
总结
信号能够像文件一样 read 出来，这种优雅的信号处理方式得益于 signalfd 的封装；
信号是挂在在进程 task_struct 结构体上的，信号队列非空的时候 signalfd 句柄可读；
和 epoll 池的配合同样还是老套路，epoll_ctl 注册的时候调用 .poll 接口挂载 epoll 的 wait entry 到 sighand->signalfd_wqh 之上，信号发送时调用 signalfd_notify 唤醒 epoll ；
signalfd 也是一种匿名 fd 类型；
