一篇文章徹底搞定Linux信號！
1.信號是什么？
信號其實就是一個軟件中斷。
例：
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輸入命令，在 Shell 下啟動一個前臺進程。 -
用戶按下 Ctrl-C，鍵盤輸入產生一個硬件中斷。 -
如果 CPU 當前正在執行這個進程的代碼，則該進程的用戶空間代碼暫停執行， CPU 從用戶態切換到內核態處理硬件中斷。 -
終端驅動程序將 Ctrl-C 解釋成一個 SIGINT 信號，記在該進程的 PCB 中（也可以說發送了一個 SIGINT 信號給該進程）。 -
當某個時刻要從內核返回到該進程的用戶空間代碼繼續執行之前，首先處理 PCB 中記錄的信號，發現有一個 SIGINT 信號待處理，而這個信號的默認處理動作是終止進程，所以直接終止進程而不再返回它的用戶空間代碼執行。
?在這個例子中，由 ctrl+c 產生的硬件中斷就是一個信號。Ctrl+C 產生的信號只能發送給前臺進程，命令后加 & 就可放到后臺運行。Shell 可同時運行一個前臺進程和任意多個后臺進程，只有前臺進程才能接受到像 CTRL+C 這種控制鍵產生的信號。
?
2.信號的種類
使用命令查看：
kill?-l
非可靠信號：1~31 號信號，信號可能會丟失 可靠信號：34~64 號信號，信號不可能丟失
SIGHUP：1 號信號，Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process（在控制終端上掛起信號，或讓進程結束），ation：term
SIGINT：2 號信號，Interrupt from keyboard（鍵盤輸入中斷，「ctrl + c」?），action：term
SIGQUIT：3 號信號，Quit from keyboard（鍵盤輸入退出「ctrl+ |」?），action：core，產生 core dump 文件
SIGABRT：6 號信號，Abort signal from abort(3)（非正常終止，「double free」），action：core
SIGKILL：9 號信號，Kill signal（殺死進程信號），action：term，該信號不能被阻塞、忽略、自定義處理
SIGSEGV：11 號信號，Invalid memory reference（無效的內存引用，解引用空指針、內存越界訪問），action：core
SIGPIPE：13 號信號，Broken pipe: write to pipe with no readers（管道中止: 寫入無人讀取的管道，會導致管道破裂），action：term
SIGCHLD：17 號信號，Child stopped or terminated（子進程發送給父進程的信號，但該信號為忽略處理的）
SIGSTOP：19 號信號，Stop process（停止進程），action：stop
SIGTSTP：20 號信號，Stop typed at terminal（終端上發出的停止信號，「ctrl + z」），action：stop
具體的信號采取的動作和詳細信息可查看：「man 7 signal」
3.信號的產生
3.1 硬件產生
硬件產生即通過終端按鍵產生的信號：
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ctrl + c：SIGINT(2)，發送給前臺進程，& 進程放到后臺運行，fg 把剛剛放到后臺的進程，再放到前臺來運行 -
ctrl + z：SIGTSTP(20)，一般不用，除非有特定場景 -
ctrl + | ：SIGQUIT(3)，產生 core dump 文件
產生 core dump 文件的條件：
當前OS一定不要限制core?dump文件的大小，ulimit?-a
磁盤空間要足夠
如何產生：
3.1?解引用空指針，收到11號信號，產生core?dump文件
3.2?內存訪問越界，程序一旦崩潰，就會收到11號信號，也就會產生core?dump文件
3.3 double free，收到6號信號，并產生core dump。
3.4?free（NULL），不會崩潰
3.2 軟件產生
軟件產生即調用系統函數向進程發信號
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kill 函數
#include?<sys/types.h>
#include?<signal.h>
int?kill(pid_t?pid,?int?sig);
參數解釋：
pid：進程號
sig：要發送的信號值
返回值：成功返回0，失敗返回-1，并設置錯誤
-
kill 命令：kill -[信號] pid， -
abort：void abort(void);，收到 6 號信號，誰調用該函數，誰就收到信號 -
alarm：unsigned int alarm(unsigned int seconds);，收到 14 號信號，告訴內核在 seconds 秒后給進程發送 SIGALRM 信號，該信號默認處理動作為終止當前進程。
4.信號的注冊
信號注冊又分為可靠信號的注冊和非可靠信號的注冊。信號注冊實際上是一個位圖和一個 sigqueue 隊列。
4.1 非可靠信號的注冊
當進程收到非可靠信號時：
-
將非可靠信號對應的比特位置為 1 -
添加 sigqueue 節點到 sigqueue 隊列當中，但是，在添加 sigqueue 節點的時候，隊列當中已然有了該信號的 sigqueue 節點，則不添加
4.2 可靠信號的注冊
當進程所受到可靠信號時：
?在 sig 位圖中更改信號對應的比特位為 1 不論之前 sigqueue 隊列中是否存在該信號的 sigqueue 節點，都再次添加 sigqueue 節點到 sigqueue 隊列當中去
?
5.信號的注銷
5.1 非可靠信號的注銷
信號對應的比特位從 1 置為 0 將該信號的 sigqueue 節點從 sigqueue 隊列當中進行出隊操作
5.2 可靠信號的注銷
?將該信號的 sigqueue 節點從 sigqueue 隊列當中進行出隊操作 需要判斷 sigqueue 隊列當中是否還有相同的 sigqueue 節點：①沒有了：信號比特位從 1 置為 0 ②還有：不會更改 sig 位圖中的比特位
?
6.信號阻塞
6.1 信號是怎樣阻塞的？
?信號的阻塞，并不會干擾信號的注冊。信號能注冊，但不能被立即處理， 將 block 位圖中對應的信號比特位置為 1，表示阻塞該信號 進程收到該信號，還是一如既往的注冊 當進程進入到內核空間，準備返回用戶空間的時候，調用 do_signal 函數，就不會立即去處理該信號了 當該信號不被阻塞后，就可以進行處理了
?
6.2sigprocmask
函數原型：int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); 參數解釋：
how，該做什么樣的操作
SIG_BLOCK：設置信號為阻塞
SIG_UNBLOCK：解除信號阻塞
SIG_SETMASK：替換阻塞位圖
set：用來設置阻塞位圖
SIG_BLOCK：設置某個信號為阻塞，block（new）?= block（old）?|?set
SIG_UNBLOCK：解除某個信號阻塞，block（new）= block（old）?&?（~set）
SIG_SETMASK：替換阻塞位圖，block（new）=?set
oldset：原來的阻塞位圖
例：下述例子，信號全部被阻塞，采用 kill -9，將該進程結束掉
#include?<stdio.h>
#include?<signal.h>
#include?<unistd.h>
void?signcallback(int?signumber)
{
??printf("change?the?signal?%dn",signumber);
}
int?main()
{
??sigset_t?set;
??sigset_t?oldset;
??sigfillset(&set);//所有比特位全置為1，則信號全部會被阻塞
??sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oldset);
??while(1)
??{
????sleep(1);
??}
??return?0;
}
結果：此時發送信號是不會有作用的，采用 kill -9 強殺掉
7.信號未決
7.1 未決概念
實際執行信號的處理動作稱為信號遞達（Delivery），信號從產生到遞達之間的狀態，稱為信號未決（Pending）。進程可以選擇阻塞（Block）某個信號。被阻塞的信號產生時將保持在未決狀態，直到進程解除對此信號的阻塞，才執行遞達的動作。注意，阻塞和忽略是不同的，只要信號被阻塞就不會遞達，而忽略是、在遞達之后可選的一種處理動作。
7.2 sigpending
函數原型：int sigpending(sigset_t *set); 讀取當前進程的未決信號集，通過 set 參數傳出。調用成功返回 0，出錯返回 - 1.
例：
#include?<stdio.h>
#include?<unistd.h>
#include?<signal.h>
void?signalcallback(int?signumber)
{
??printf("chang?signumber?%dn",signumber);
}
void?printsigset(sigset_t?*set)
{
??int?i?=?0;
??for(;i?<?32;i++)
??{
????if(sigismember(set,i))
????{
??????putchar('1');
????}
????else{
??????putchar('0');
????}
??}
}
int?main()
{
??signal(2,signalcallback);
??signal(10,signalcallback);
??sigset_t?set;
??sigset_t?oldset;
??sigset_t?pending;
??sigfillset(&set);//所有比特位全部置為1，則信號會全部被阻塞
??sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oldset);
??while(1)
??{
????sigpending(&pending);
????printsigset(&pending);
????sleep(1);
??}
??return?0;
}
結果：
8.信號的處理方式
每個信號都有兩個標志位分別表示阻塞和未決，還有一個函數指針表示處理動作。
在上述例子中：
-
SIGHUP 信號未阻塞也未產生過，當它遞達時執行默認處理動作。 -
SIGINT 信號產生過，但正在被阻塞，所以暫時不能遞達。雖然它的處理動作是忽略，但在沒有解除阻塞之前不能忽略這個信號，因為進程仍有機會改變處理動作之后再解除阻塞。 -
SIGQUIT 信號未產生過，一旦產生 SIGQUIT 信號將被阻塞，它的處理動作是用戶自定義函數 sighandler。
8.1signal 函數
該函數可以更改信號的處理動作。
typedef?void?(*sighandler_t)(int);
sighandler_t?signal(int?signum,?sighandler_t?handler);
參數解釋：
signum：更改的信號值
handler：函數指針，要更改的動作是什么
實際上，該函數內部也調用了 sigaction 函數。
8.2sigaction 函數
讀取和修改與指定信號相關聯的處理動作。
int?sigaction(int?signum,?const?struct?sigaction?*act,?struct?sigaction?*oldact);
參數解釋：
signum：待更改的信號值
struct sigaction 結構體：
void?????(*sa_handler)(int);//函數指針，保存了內核對信號的處理方式
void?????(*sa_sigaction)(int,?siginfo_t?*,?void?*);//
sigset_t???sa_mask;//保存的是當進程在處理信號的時候，收到的信號
int????????sa_flags;//SA_SIGINFO，OS在處理信號的時候，調用的就是sa_sigaction函數指針當中
//保存的值0，在處理信號的時候，調用sa_handler保存的函數
void?????(*sa_restorer)(void);
例：
#include?<stdio.h>
#include?<unistd.h>
#include?<signal.h>
void?signcallback(int?signumber)
{
??printf("change?signumber?%dn",signumber);
}
int?main()
{
??struct?sigaction?act;//act為入參
??sigemptyset(&act.sa_mask);
??act.sa_flags?=?0;
??act.sa_handler?=?signcallback;
??struct?sigaction?oldact;//oldact為出參
??sigaction(3,&act,&oldact);
??while(1)
??{
????sleep(1);
??}
??return?0;
}
結果：
8.3 自定義信號處理的流程
-
「task_struct」?結構體中有一個「struct sighand_struct」?結構體。 -
「struct sighand_struct」?結構體有一個?「struct k_sigaction action[_NSIG]」?結構體數組。 -
該數組中，其中的?「_sighandler_t sa_handler」?保存的是信號的處理方式，通過改變其指向，可以實現我們對自定義信號的處理。
9.信號的捕捉
9.1 信號捕捉的條件
?如果信號的處理動作是用戶自定義函數，在信號遞達時就調用這個函數，這就稱為信號捕捉。
?
9.2 信號捕捉流程
內核態返回用戶態會調用 do_signal 函數，兩種情況：
-
無信號：sys_return 函數，返回用戶態 -
有信號：先處理信號，信號返回，再調用 do_signal 函數 例： -
程序注冊了 SIGQUIT 信號的處理函數 sighandler。 -
當前正在執行 main 函數，這時發生中斷或異常切換到內核態。 -
在中斷處理完畢后要返回用戶態的 main 函數之前檢查到有信號 SIGQUIT 遞達。 -
內核決定返回用戶態后不是恢復 main 函數的上下文繼續執行，而是執行 sighandler 函數， sighandler 和 main 函數使用不同的堆棧空間，它們之間不存在調用和被調用的關系，是兩個獨立的控制流程。 -
sighandler 函數返回后自動執行特殊的系統調用 sigreturn 再次進入內核態。 -
如果沒有新的信號要遞達，這次再返回用戶態就是恢復 main 函數的上下文繼續執行了。
10.常用信號集操作函數
int?sigemptyset(sigset_t?*set);：//將比特位圖全置為0
int?sigfillset(sigset_t?*set);//將比特位圖全置為1
int?sigaddset(sigset_t?*set,?int?signum);//將該set位圖，多少號信號置為1
int?sigdelset(sigset_t?*set,?int?signum);//將該set位圖，多少號信號置為0
int?sigismember(const?sigset_t?*set,?int?signum);//信號signum是否是set位圖中的信號
11.SIGCHLD 信號
該信號是子進程在結束是發送給父進程的信號，但是該信號的處理方式是默認處理的。父進程對子進程發送過來的 SIGCHLD 信號進行了忽略處理，就會導致子進程成為僵尸進程。
可以自定義該信號的處理方式：
#include?<stdio.h>
#include?<unistd.h>
#include?<signal.h>
#include?<string.h>
#include?<sys/wait.h>
#include?<stdlib.h>
void?signcallback(int?signumber)
{
??printf("change?signal?%dn",signumber);
??wait(NULL);
}
int?main()
{
??signal(17,signcallback);
??pid_t?pid?=?fork();
??if(pid?<?0)
??{
????perror("fork");
????return?-1;
??}
??else?if(pid?==?0)
??{
????printf("I?am?childn");
????sleep(1);
????exit(12);
??}
??else{
????while(1)
????{
??????sleep(1);
????}
??}
??return?0;
}
指令查看后臺：「ps aux | grep ./fork」
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