信号的概念

信号在我们的生活中随处可见，如：古代战争中摔杯为号；现代战争中的信号弹；体育比赛中使用的信号枪… 他们都有共性：

简单
不能携带大量信息，只能带一个标志。
满足某个特设条件才发送。
Unix 早期版本就提供了信号机制，但不可靠，信号可能丢失。Berkeley 和 AT&T 都对信号模型做了更改，增加了可靠信号机制。但彼此不兼容。POSIX.1 对可靠信号例程进行了标准化。

信号的机制

A 给 B 发送信号，B 收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行，去处理信号，处理完毕再继续执行。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称为“软中断”。

信号的特质

由于信号是通过软件方法实现，其实现手段导致信号有很强的延时性。但对于用户来说，这个延迟时间非常短，不易察觉。

每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的，内核处理。

与信号相关的事件和状态

产生信号:

按键产生，如：Ctrl+c（死循环终止）、Ctrl+z、Ctrl+\
系统调用产生，如：kill、raise、abort
软件条件产生，如：定时器 alarm
硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除 0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
命令产生，如：kill 命令

递达：

递送并且到达进程。产生到递达是瞬时的

未决：

产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

信号的处理方式:

执行默认动作
. 忽略(丢弃)
捕捉(调用户处理函数) （不让它执行默认动作）
Linux 内核的进程控制块 PCB 是一个结构体，task_struct, 除了包含进程 id，状态，工作目录，用户 id，组 id，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。

阻塞信号集(信号屏蔽字)：

描述信号屏蔽状态，将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽 x 信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后(解除屏蔽后) 阻塞信号集影响未决信号集。

未决信号集:

没有处理掉

信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为 1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为 0。这一时刻往往非常短暂。
信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。

信号的编号

可以使用 kill–l 命令查看当前系统可使用的信号有哪些。

不存在编号为 0 的信号。其中 1-31 号信号称之为常规信号（也叫普通信号或标准信号），34-64 称之为实时信号，驱动编程与硬件相关。名字上区别不大。而前 32 个名字各不相同。

信号 4 要素

与变量三要素类似的，每个信号也有其必备 4 要素，分别是：

编号
名称
事件
默认处理动作
可通过 man7signal 查看帮助文档获取。也可查看/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/arch/s390/include/uapi/asm/signal.h

在标准信号中，有一些信号是有三个“Value” ，第一个值通常对 alpha 和 sparc 架构有效，中间值针对 x86、arm 和其他架构，最后一个应用于 mips 架构。一个‘-’表示在对应架构上尚未定义该信号。
不同的操作系统定义了不同的系统信号。因此有些信号出现在 Unix 系统内，也出现在 Linux 中，而有的信号出现在 FreeBSD 或 MacOS 中却没有出现在 Linux 下。这里我们只研究 Linux 系统中的信号。

默认动作：

Term：终止进程
Ign：忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)
Core：终止进程，生成 Core 文件。(查验进程死亡原因，用于 gdb 调试)
Stop：停止（暂停）进程
Cont：继续运行进程
注意从 man7signal 帮助文档中可看到 :The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked , orignored.
这里特别强调了 9)SIGKILL 和 19)SIGSTOP 信号，不允许忽略和捕捉，只能执行默认动作。甚至不能将其设置为阻塞。
另外需清楚，只有每个信号所对应的事件发生了，该信号才会被递送(但不一定递达)，不应乱发信号！！

Linux 常规信号一览表

IGHUP: 当用户退出 shell 时，由该 shell 启动的所有进程将收到这个信号，默认动作为终止进程
SIGINT：当用户按下了<Ctrl+C>组合键时，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动作为终止进程。
SIGQUIT：当用户按下<ctrl+>组合键时产生该信号，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信号。默认动作为终止进程。
SIGILL：CPU 检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生 core 文件
SIGTRAP：该信号由断点指令或其他 trap 指令产生。默认动作为终止里程并产生 core 文件。
SIGABRT: 调用 abort 函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
SIGBUS：非法访问内存地址，包括内存对齐出错，默认动作为终止进程并产生 core 文件。
SIGFPE：在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为 0 等所有的算法错误。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
SIGKILL：无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了可以杀死任何进程的方法。
SIGUSE1：用户定义的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
SIGSEGV：指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
SIGUSR2：另外一个用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
SIGPIPE：Brokenpipe 向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。
SIGALRM: 定时器超时，超时的时间由系统调用 alarm 设置。默认动作为终止进程。
SIGTERM：程序结束信号，与 SIGKILL 不同的是，该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。执行 shell 命令 Kill 时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程
SIGSTKFLT：Linux 早期版本出现的信号，现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。
SIGCHLD：子进程结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
SIGCONT：如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。
SIGSTOP：停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为暂停进程。
SIGTSTP：停止终端交互进程的运行。按下<ctrl+z>组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
SIGTTIN：后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。
SIGTTOU: 该信号类似于 SIGTTIN，在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。
SIGURG：套接字上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出些信号，报告有紧急数据到达。如网络带外数据到达，默认动作为忽略该信号。
SIGXCPU：进程执行时间超过了分配给该进程的 CPU 时间，系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为终止进程。
SIGXFSZ：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
SIGVTALRM：虚拟时钟超时时产生该信号。类似于 SIGALRM，但是该信号只计算该进程占用 CPU 的使用时间。默认动作为终止进程。
SGIPROF：类似于 SIGVTALRM，它不公包括该进程占用 CPU 时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。
SIGWINCH：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
SIGIO：此信号向进程指示发出了一个异步 IO 事件。默认动作为忽略。
SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。
SIGSYS：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
（34）SIGRTMIN ～ (64)SIGRTMAX：LINUX 的实时信号，它们没有固定的含义（可以由用户自定义）。所有的实时信号的默认动作都为终止进程。

信号的产生

终端按键产生信号

Ctrl+c → 2)SIGINT（终止/中断） “INT”----Interrupt
Ctrl+z → 20)SIGTSTP（暂停/停止） “T”----Terminal 终端。
Ctrl+\ → 3)SIGQUIT（退出）

硬件异常产生信号

除 0 操作 → 8)SIGFPE(浮点数例外) “F”-----float 浮点数。
非法访问内存 → 11)SIGSEGV(段错误)
总线错误 → 7)SIGBUS

kill 函数/命令产生信号

kill 命令产生信号：kill-SIGKILL pid
kill 函数：给指定进程发送指定信号(不一定杀死)
int kill (pid_tpid,int sig); 成功：0；失败：-1(ID 非法，信号非法，普通用户杀 init 进程等权级问题)，设置 errno sig：不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致。

pid>0: 发送信号给指定的进程。
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。

循环创建 5 个子进程，杀死第三个进程

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<signal.h>/** 循环创建 5 个子进程                                                             */#define N  5
int main()
{int i;pid_t pid,q;for(i=0;i<N;i++){pid = fork();if(pid == 0)break;if(i==2)q=pid;}if(i<5){while(1){printf("I am child %d,getpid= %d\n",i,getpid());sleep(1);}   }else{sleep(1);kill(q,SIGKILL);while(1);}   return 0;
}

杀死第一个cat，后面的都被杀死，因为第一个cat是管道的写端，如果第一个cat被杀，也就没有写入，所以后面的cat也就读不到数据

进程组

：每个进程都属于一个进程组，进程组是一个或多个进程集合，他们相互关联，共同完成一个实体任务，每个进程组都有一个进程组长，默认进程组 ID 与进程组长 ID 相同。

权限保护

super 用户(root)可以发送信号给任意用户，普通用户是不能向系统用户发送信号的。 kill-9(root 用户的 pid) 是不可以的。同样，普通用户也不能向其他普通用户发送信号，终止其进程。只能向自己创建的进程发送信号。普通用户基本规则是：发送者实际或有效用户 ID== 接收者实际或有效用户 ID

raise 和 abort 函数

raise 函数：给当前进程发送指定信号(自己给自己发) raise(signo)==kill(getpid(),signo); int raise(int sig); 成功：0，失败非 0 值
abort 函数：给自己发送异常终止信号 6)SIGABRT 信号，终止并产生 core 文件 void abort(void); 该函数无返回

软件条件产生信号

alarm 函数

设置定时器(闹钟)。在指定 seconds 后，内核会给当前进程发送 14）SIGALRM 信号。进程收到该信号，默认动作终止。
每个进程都有且只有唯一个定时器。
unsigned int alarm (unsigned int seconds); 返回 0 或剩余的秒数，无失败。
常用：取消定时器 alarm(0)，返回旧闹钟余下秒数。例：alarm(5) → 3sec → alarm(4) → 5sec → alarm(5) → alarm(0) （取消闹钟）
定时，自然定时法，与进程状态无关(自然定时法)！就绪、运行、挂起(阻塞、暂停)、终止、僵尸…无论进程处于何种状态， alarm 都计时。

编写程序，测试你使用的计算机 1 秒钟能数多少个数。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>int main()
{int i;alarm(1);//1s后发信号for(i=0;;i++) //死循环看在闹钟的1s时间内跑多少下                               printf("%d\n",i);return 0;
}

使用 time 命令查看程序执行的时间

实际执行时间 = 系统时间 + 用户时间 + 等待时间（文件I/O消耗很大）

setitimer 函数

设置定时器(闹钟)。 可代替 alarm 函数。精度微秒 us，可以实现周期定时。

struct itimerval {struct timeval it_interval; /* next value */struct timeval it_value;    /* current value */};struct timeval {time_t      tv_sec;         /* seconds */suseconds_t tv_usec;        /* microseconds */};

int setitimer (int which,const struct itimerval * new_value, struct itimerval *old_value); 成功：0；失败：-1，设置 errno

参数：

which：指定定时方式

自然定时：ITIMER_REAL → 14）SIGLARM 计算自然时间
虚拟空间计时(用户空间)：ITIMER_VIRTUAL → 26）SIGVTALRM 只计算进程占用 cpu 的时间
运行时计时(用户+内核)：ITIMER_PROF → 27）SIGPROF 计算占用 cpu 及执行系统调用的时间

使用 setitimer 函数实现 alarm 函数，计算1是内计算机计算次数

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h>                                                               /*
struct itimerval{struct timeval{it_value.tv_sec;it_value.tv_usec;}it_value;struct timeval{it_value.tv_sec;it_value.tv_usec;}it_interval;}it,oldit;
*/unsigned int my_alarm(unsigned int sec)
{struct itimerval it, oldit;int ret;it.it_value.tv_sec=sec;it.it_value.tv_usec=0;it.it_interval.tv_sec=0;it.it_interval.tv_usec=0;ret= setitimer(ITIMER_REAL,&it,&oldit);if(ret == -1){perror("setitimer");exit(1);}   return oldit.it_value.tv_sec;
}int main()
{int i;my_alarm(1); //alarm(sec)for(i=0;;i++)printf("%d\n",i);return 0;
}

结合 manpage 编写程序，测试 it_interval、it_value 这两个参数的作用。

void (*signal (int signum,void ( *sighandler_t)(int)))(int);

#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>
#include<signal.h>void myfunc(int signo)
{printf("hello world\n");
}int main(void)
{struct itimerval it,oldit;signal(SIGALRM,myfunc); //注册SIGALRM信号的捕捉处理函数//sighandler_t tml=signal(SIGALRM,myfunc);it.it_value.tv_sec=5;//定时5秒中it.it_value.tv_usec=0;//0微秒it.it_interval.tv_sec=3;//第一个和第二个之间间隔时间3秒it.it_interval.tv_usec=0;if(setitimer(ITIMER_REAL,&it,&oldit) == -1){perror("setitimer error");return -1; }   while(1);return 0;
}

注意

it_inter ：用来设定两次定时任务之间间隔的时间。
it_value：定时的时长两个参数都设置为 0，即清 0 操作。

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