Linux 进程信号

1.信号的概念

1.1 信号的定义

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

1.2 生活中的信号

当你在网上购买了商品时，你知道会有快递的到来，也知道该如何处理这个快递，所以这代表你可以识别信号。当快递到的时候，快递员会通知你下来拿快递，你可以立刻取也可以选择在合适的时间去取，也就是当信号来的时候不一定要立刻处理，但是你知道你有快递要取。当你拿到快递之后，对于快递的处理有三种方式。1.执行默认的动作（拆快递使用商品）2.自定义对该快递的使用（送人或扔掉都行）3.忽略该快递做自己的事情。纵观快递到来的整个过程对你其实是异步的，你在做你的事情。

1.3总结

1. 信号只由操作系统发送给进程，进程是认识对应的信号的，对不同信号做出不同处理。
2. 当信号到来的时候不一定要立刻处理。
3. 由于第2点，表明信号需要存储起来，保存在PCB中。
4. 对于信号的处理，进程有3中方式：默认、自定义、忽略。
5. 发送信号的本质就是修改PCB中信号的位图结构。

2. 进程信号的使用

2.1 信号的种类

如上：1-31是普通信号，34-64是实时信号。而之后我们常用的是1-31的信号。

2.2 信号的发送

2.2.1 通过键盘发送信号

1. ctrl + c：相当于上面的2号信号SIGINT，并且只对前台进程有效。
2. ctrl + \ ：相当于3号信号SIGQUIT。
3. SIGINT的默认处理动作是终止进程,SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且Core Dump（进程终止后该文件保存该进程的信息，便于程序员调试）

2.2.2 通过系统调用发送信号

1. kill函数（kill命令就是执行该函数，kill函数可以给任意指定的进程发送任意指定的信号）
   

kill命令产生信号: kill -SIGKILL pid
返回值：
成功:0；失败:-1 (ID非法，信号非法，设置errno)
参数:
1.sig:中的任意一个发送给进程，表示你想要发送给某个进程的信号参数，可以选第1-第31个信号。
2.pid > 0：发送信号给指定的进程。(一般情况下都是这个) pid = 0：发送信号给 与调用kill函数进程属于同一进程组的所有进程
pid < 0：取 pid 发给对应进程组。 pid =-1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程

2. raise函数
   

该函数返回值为int，返回值为0代表调用成功；返回非0则代表调用失败。
该函数是给本身进程发送任意信号。

3. abort函数
   

abort函数使当前进程接收到信号而异常终止，就像exit函数一样,abort函数总是会成功的,所以没有返回值。

2.2.3 软条件产生（alarm）

调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号,该信号的默认处理动作是终止当前进程。
这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。打个比方,某人要小睡一觉,设定闹钟为30分钟之后响,20分钟后被人吵醒了,还想多睡一会儿,于是重新设定闹钟为15分钟之后响,“以前设定的闹钟时间还余下的时间”就是10分钟。如果seconds值为0,表示取消以前设定的闹钟,函数的返回值仍然是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。

2.2.4 硬件异常产生

硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核,然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除以0的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释
为SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非法内存地址,MMU会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。

3. 信号的捕捉（signal函数）

前面不是说过信号可以自定义捕捉吗，就要使用到signal函数。

1. signum参数是想要捕捉的某个信号，可以填指定的信号数字，也可以填信号的名称；
2. handler参数是一个自定义的回调函数，在handler函数中可以将接收到信号做任意的处理。
3. 该函数的作用：准备捕捉或屏蔽的信号由参数signum给出，接收到指定信号时将要调用的函数有handler给出
   注意：该函数不会阻塞，只有当信号到来的时候，才会调用该函数。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void handler(int sig)
{printf("catch a sig : %d\n", sig);
}
int main()
{signal(2, handler);while(1);return 0;
}
[hb@localhost code_test]$ ./sig
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^Ccatch a sig : 2
^\Quit (core dumped)

我们在C/C++当中除零，内存越界等异常，在系统层面上，是被当成信号处理的。

4. 信号阻塞

4.1 相关概念

1. 信号递达（Delivery）：实际执行信号的处理方法。
2. 信号未决（Pending）：信号产生到递达之间的状态。（产生了但没处理）
3. 操作系统可以阻塞某一信号。
4. 阻塞一个信号之后，如果该信号产生，那么就会处于未决状态，而且在没解除阻塞之后永远不会递达。
5. 注意,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。

4.2 信号在内核中的结构

1. 每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。
2. SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。
3. SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。 如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,将如何处理?POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。

5. 内核中信号捕捉的过程

1.进程在执行某条指令时由于中断、异常或者系统调用进入内核------->2.内核处理完成之后，进入用户态之前，内核会按照规则处理抵达的信号------->3.如果信号的处理是自定义，则回到用户态执行自定义的函数（注意不是主流程进入内核的那个地方）------->4.执行完成之后会执行特殊的系统调用sigretum从而进入内核态------->5.返回到主流程发生中断进入内核的地方继续执行。