linux信号基本概念及如何产生信号

摘自：https://blog.csdn.net/summy_j/article/details/73199069

2017年06月14日 09:34:21 阅读数：4131 标签： linux信号 更多

版权声明：本文为博主原创文章，未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/summy_J/article/details/73199069

---

阅前须知

---

本文的主要内容有：

1.信号的基本概念（包括进程对信号的3种处理方式）

2.特殊信号举例：写代码证明信号存在，并实现信号的简单捕捉

3.如何产生一个信号（代码举例：mykill的实现）

其中拓展知识有：

1.前台进程与后台进程（代码举例）

2.核心转储core dumped的概念及其在代码调试中的作用（代码举例）

——>全篇阅读大概需要5分钟<——

---

信号的基本概念

---

首先，我们可以用kill -l命令查看系统中定义的信号列表：

乍一看，好像有64种信号，但如果仔细观察，你就会发现并非如此。没有32和33号信号。一共只有62个信号。。。

说实话，你是不是和博主刚开始一样被骗了>.<

我们可以看到，每个信号都有一个编号和一个宏定义名称，这些宏定义可以在头文件signal.h中找到。

其中编号34以上的是实时信号，34以下的信号是普通信号。而这些信号各自在什么条件下产生，默认的处理动作是什么，在signal(7)中都有详细说明，在命令行上输入man 7 signal：

知道了什么是信号，那么为什么有信号，信号是谁发送给谁的呢，怎么发送？

答案很简单，想想我们在日常生活中也有很多信号，比如常见的红绿灯信号。所以linux中的信号也是类似的。它无非是想提供一个机制在需要的时候告诉某个进程该怎样做。是一种规定，便于系统操作。就像我们都知道”红灯停，绿灯行“一样。

信号的发送者有很多，比如终端驱动程序，进程，系统。而接收者大多是一个进程。

那么怎么做就是给某进程发送一个信号呢？事实上，给进程发一个信号就是修改目标进程pcb结构体中的关于信号的字段（让进程记录此信号），想一想，用什么数据结构可以解决这个问题呢？

答案也很简单，进程是否接收到信号本身是一个原子问题。它要么收到，要么没收到。所以可以用位图来表示进程是否收到信号，只需要修改一个比特位（操作系统完成）：收到信号就置1。如果有小伙伴不了解位图的概念，可以戳这里：STL容器BitSet（位图）——1道腾讯笔试题的正确打开方式

进程收到信号后，其可选的处理动作有以下三种:

1. 忽略此信号。

2. 执⾏行该信号的默认处理动作（终止该信号）。

3. 提供⼀个信号处理函数（自定义动作）,要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数,这种方式称为捕捉(Catch)一个信号。

---

Code（特殊信号举例）

---

知道了信号的基本概念，接下来我们通过代码来感受信号的真实存在性。

以 2号信号SIGINT：Ctrl + C为例。

代码：写一个死循环程序，并用进程命令查看。观察输入Ctrl + C前后系统中的进程变化

可以看到，在终端按下Ctrl + C产生一个硬件中断，向进程发送了2号信号，系统中pid为4940的进程（sig）被终止。

---

知识拓展1：前台进程与后台进程

以上边程序为例，我们在运行程序时在命令后边加一个”&“符号，再用命令查看系统中的进程，就会变成这样：

图中我们可以看到，加”&“运行程序后，系统发送了一个编号，编号后是对应进程的pid。用命令查看发现系统中确实多了一个编号为pid的进程。而且无法用Ctrl + C终止它。

其实这就是后台进程，一个程序运行命令后面加个&可以放到后台运行。形成后台进程，对于前台进程与后台进程，我们需要知道以下几点：

1.用命令查看时，发现后台进程STAT状态栏是R，所以有+表示前台进程，无+表示后台进程。

2.Ctrl-C产生的信号只能发给前台进程。因为后台进程使Shell不必等待进程结束就可以接受新的命令，启动新的进程。而前台进程运行时占用SHELL，它运行的时候SHELL不能接受其他命令。

3.Shell可以同时运行一个前台进程和任意多个后台进程。

4.前台进程在运行过程中用户随时可能按下Ctrl-C而产生一个信号,也就是说该进程的用户空间代码执行到任何地方都有可能收到SIGINT信号而终止,所以信号相对于进程的控制流程来说是异步(Asynchronous)的。

后台进程也不是任一进程都能做，要看实际情况。一般来说，如果某进程不需从键盘输入输出（交互少的）或者执行所需时间较长的话，就比较合适做后台进程。

---

为了证明ctrl+c就对应2号信号，接下来利用信号捕捉函数来简单实现对2号信号的捕捉。

代码：加入signal函数，它是一个信号捕捉函数，包在signal.h头文件中。

执行结果：

---

信号的产生

---

首先明确信号的4种产生条件：

1.通过终端按键（组合键）产生信号

2.硬件异常产生的信号

3.调用系统函数向进程发信号

4.由软件条件产生信号

接下来，详细说明每种产生条件的含义和方法。

————通过终端按键（组合键）产生信号————

其实这种方式上面已经讲过一种了，就是Ctrl+C组合键。并且其对应信号为2号SIGINT

其实还有很多种通过组合键产生的信号，比如：Ctrl+\ 它对应的是3号信号SIGQUIT：

那么2号信号和3号信号都是终止进程的，他们有什么不同呢？区别就在这里：

如果去掉信号捕捉，键入Ctrl+\就会发现后边多了一个core dumped，这是什么鬼？

所以SIGINT的默认处理动作是终止进程，而SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且Cor Dump。下面解释什么是 Core Dump。

---

知识拓展2：核心转储core dumped

概念：当⼀个进程要异常终止时，可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上，文件名通常是core，这叫做Core Dump。也叫核心转储，帮助开发者进行调试，在程序崩溃时把内存数据dump到硬盘上，让gdb识别 
。

一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的 Resource Limit(这个信息保存在PCB中)。默认是不允许产生core文件的，因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息，不安全。

用ulimit -a命令查看系统中的软硬件资源限制

 
其中core file size = 0，也就印证了上边的说法. 
上边还有其他资源的限制，比如： 
硬盘swap分区：用于内存数据换入换出的分区 
max locked memory：不允许换出的内存数据，就被锁住

但我们在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制, 允许产生core文件：ulimit -c 1024，允许core⽂件最大为1024K

更改后再次运行程序就可以看到core文件，其文件名后边的数字就是进程的pid号。

进程异常终止通常是因为有 Bug，比如非法内存访问导致段错误，事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因,这叫做 Post-mortem Debug（事后调试）。

如图，输入命令就可以直接定位到是SIGQUIT信号引起的进程退出。

---

这里只讲这一种，有兴趣的小伙伴可以再百度下其他组合键产生的信号。

————-硬件异常产生的信号————

硬件异常产生信号是由硬件检测到并通知内核，然后内核向当前进程发送的信号。

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会产⽣生异常。内核将这个异常解释为SIGSEGV信号（11号）发送给进程：

加入引起段错误的代码：

运行：

这种硬件异常同样会引起核心转储：

所以我们可以知道：windows下程序崩溃也是因为进程收到了信号

而且有了信号的概念就可以很好理解C++中的异常了。

————调用系统函数向进程发信号————

系统中定义了3个函数来给进程发送信号。

1.Kill命令（用kill函数实现）：可以给任意进程发送任意信号（功能很强大）

比如继续运行刚才的死循环程序，用kill命令也可以向其发送3号SIGQUIT信号终止它。 

命令行上输入指令man 2 kill就可以看到函数kill（系统调用接口）的实现：

下面是它两个参数不同值所表示的含义：

下来利用kill函数实现仿kill命令的mykill命令：：

step1：利用kill函数实现mykill.c 

step2：写一个进程 

用mykill向进程发送信号： 

这里可以发现，9号信号是不能被捕捉的。。

2.raise函数：给当前进程发送指定的信号(⾃己给⾃己发信号)。

函数原型： 

执行效果：

3.abort函数（stdlib.h）：自己给自己发送signal abort(6)号信号（终止进程）

函数原型：void abort(void)

执行效果：

捕捉后进程会终止掉，不会频繁打印get a singal

————由软件条件产生信号 ————

SIGPIPE和SIGALRM信号都是由软件条件产生的信号。以alarm函数 和SIGALRM信号为例。

函数原型： unsigned int alarm(unsigned int seconds)，在头文件unistd.h中。

作用机制：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。

举个栗子：

某人要小睡一觉，设定闹钟为30分钟之后响，20分钟后被别人吵醒了,但还想多睡一会儿。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

闹钟：在一段时间之后才产生的信号（这个机制是不是和sleep函数有点像呢。。。）

代码：

执行结果：

---

The End

---

信号产生后，在进程pcb中如何组织存储也是值得研究的问题。博主的下一篇博客中也会有介绍，敬请期待。