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Linux的进程信号

news 2025/8/14 8:26:43

1、快速认识信号

1.1 信号的概念

1.2 信号的查看

2、信号的产生/发送

2.1 键盘

2.1.1 前台进程与后台进程

2.2 函数

2.3 系统命令

2.4 硬件异常

2.5 软件异常

3、信号的保存

3.1 pending位图

3.2 sigset_t类型

3.3 block位图

4、信号的处理

4.1 默认处理

4.2 自定义捕捉

4.1.1 signal

4.1.2 sigaction

5、操作系统是怎么运行的

5.1 硬件中断

5.2 软中断

5.3 用户态和内核态

6、3个小知识点

6.1 可重入函数

6.2 volatile关键字

6.3 SIGCHLD信号

1、快速认识信号

1.1 信号的概念

信号是发送给进程的。
信号是一个数字，但是可读性不好，就定义成一个宏。
信号的产生/发送和接收，相对于进程是异步的(互不干扰)。发送信号的进程，不关心处理结果，接收进程在接收信号之前，执行自己的程序，可能在执行任何代码时被信号中断。

1.2 信号的查看

注意：

本章只介绍 1-31 的标准信号，不讨论后面的实时信号。

2、信号的产生/发送

2.1 键盘

Ctrl+C (终止) 2号信号SIGINT。
Ctrl+\ (终止) 3号信号SIGQUIT。
Ctrl+Z (暂停) 20号信号SIGTSTP。

注意：这三个只对前台进程有效。

2.1.1 前台进程与后台进程

路径/可执行程序 是 前台进程，从标准输入(键盘)中获取内容。只能有一个，因为标准输入的内容要给到一个确定的进程。
路径/可执行程序 & 是 后台进程，无法从标准输入(键盘)中获取内容，可有多个。
前台进程和后台进程，都可以想标准输出(显示器)打印内容。
一个现象，运行前台程序，父进程创建子进程，Ctrl+C父进程终止，父进程退出，子进程被一号进程“领养”，变成后台进程，Ctrl+C无法杀死子进程。
jobs。查看所有后台进程。
fg 任务号。指定进程，提到前台。
Ctrl+Z。暂停前台进程，提到后台。
bg 任务号。让后台进程恢复运行。

2.2 函数

int kill(pid_t pid, int sig);。指定进程发送指定信号。
int raise(int sig);。对自己发送指定信号。
void abort(void);。使当前进程接收到信号而异常终止。

2.3 系统命令

kill -信号编号 pid。对指定进程 发送指定的信号。

2.4 硬件异常

如：/0，野指针。由软件引起的硬件错误，发送指定信号。

2.5 软件异常

如：管道文件。读端关闭，写端继续，无意义，写端进程收到SIGPIPE信号而终止。
如：unsigned int alarm(unsigned int seconds);。在指定秒数后，终止进程。

3、信号的保存

流程：信号发送过来，未决位图由0置1，如果阻塞位图为0，再递达，进行对应的信号处理；如果阻塞位图为1，就屏蔽该信号，信号一直处于未决状态。

注意：

正在处理某一个信号(pending 1->0，block 0->1)，当多次发送该信号，未决位图记录一次，并且因为block位图为1，会自动屏蔽该信号，防止递归式处理。

3.1 pending位图

对于pending位图，可以使用int sigpending(sigset_t *set);，set为输出型参数，获取pending位图信息(信号集)。

3.2 sigset_t类型

#include <signal.h> 
int sigemptyset(sigset_t *set); // 信号集全置为0
int sigfillset(sigset_t *set); // 信号集全置为1
int sigaddset(sigset_t *set, int signo); // 指定信号位,置为1
int sigdelset(sigset_t *set, int signo); // 指定信号位,置为0
int sigismember(const sigset_t *set, int signo); // 是否为1
// 指定信号位为1，返回1; 为0，返回0; 失败，返回-1

3.3 block位图

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);。

注意：

9号信号SIGKILL，19号信号SIGSTOP，不能被屏蔽。

4、信号的处理

信号的处理有，默认处理，忽略，自定义捕捉。
流程：主函数因为中断或异常或系统调用等，进入内核态，处理完，从内核态返回用户态时，进行信号处理，如果没有信号，直接返回用户态；如果是默认处理，大多数都是进程终止或暂停；如果是忽略，直接返回用户态；如果是自定义捕捉，回到用户态执行自定义函数，自定义函数返回时执行系统调用sigreturn，返回内核态，如果没有新信号到来，就返回用户态。

注意：

内核态与用户态的切换，是权限的隔离与保护。
屏蔽在抵达前，忽略是在抵达后的处理。

4.1 默认处理

man 7 signal，可查看，信号的默认处理。
9号信号SIGKILL，一定能够终止进程，19号信号SIGSTOP，一定能够暂停进程，不会被屏蔽和和忽略和自定义捕捉。

注意：

Core和Term都是进程终止，但是Core，会产生一个core文件(保存进程在内存中的核心数据，支持debug)，云服务器是生产环境，不是开发环境，所以不支持生成core文件。如果想要生成core文件，使用ulimit -c 命令，把core文件的大小从0改成非0。
core dump就是标志，是否是被Core终止。

4.2 自定义捕捉

4.1.1 signal

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);。对指定信号传指定的函数。
sighandler_t 是一个函数指针typedef void (*sighandler_t)(int);，参数为int，无返回值。
handler = SIG_DFL，就是默认处理；handler = SIG_IDN，就是忽略处理。
signal()返回原先的函数指针。

注意：

signal()只需执行一次，不用一直执行。

4.1.2 sigaction

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);struct sigaction {void     (*sa_handler)(int); // 和signal的handler一样void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);sigset_t   sa_mask; // 处理某一个信号时，还可以屏蔽其他信号int        sa_flags;void     (*sa_restorer)(void);};

5、操作系统是怎么运行的

5.1 硬件中断

操作系统不用关注外部设备是否准备好，而是它准备好，会通知操作系统。
在CPU里面有一个时钟源，以固定频率(CPU主频)发送中断(时钟中断)，让操作系统周期性的执行任务(如：自动调度)。

5.2 软中断

那软件能不能触发类似硬件中断的逻辑？可以。
32位，系统调用就是使用int 0x80触发硬件中断的逻辑。流程：执行int 0x80(中断向量表中的处理软中断的下标)，触发中断，在系统调用表里，根据系统调用号，执行对应的系统调用。
64位，通过 syscall 指令（非中断）实现，性能更高。
glibc封装了系统调用号+对应的命令。
int 0x80，syscall等，叫做陷阱(由 CPU 自动检测)；缺页、除零、段错误等，叫做硬件异常(由程序主动触发)。

5.3 用户态和内核态

操作系统只有一份，所用进程共享。
系统调用的执行，都是在进行虚拟地址空间中执行的。
当前身份状态，由CPU里的权限寄存器决定。

6、3个小知识点

6.1 可重入函数

一个函数如果 能被多个执行流（如多线程、信号处理函数）同时调用，且不会因共享资源（如全局变量、静态变量）导致数据冲突或逻辑错误，则称为可重入函数。

6.2 volatile关键字

volatile为C语言关键字，作用：一般修饰变量，防止被编译器优化(编译器可能认为局部不会发生改变，就不从内存读取，从寄存器读取)，每次都要从内存中读取。

#include <stdio.h> 
#include <signal.h> volatile int flag = 0;void handler(int sig) 
{ printf("chage flag 0 to 1\n"); flag = 1; 
}int main() 
{ signal(2, handler); while(!flag);printf("process quit normal\n"); return 0; 
}

如果不加volatile，编译器优化后，可能认为flag永远不会变，所以只从寄存器里读，即使Ctrl+C，flag改变了，但是还是从寄存器读取，继续死循环。

6.3 SIGCHLD信号

子进程在退出时，会给父进程发送 SIGCHLD 信号，父进程默认处理(什么都不做，忽略)。
父进程可以自定义 SIGCHLD 信号的处理函数，回收子进程。

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <signal.h> void handler(int sig) 
{ pid_t id; while( (id = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0){ printf("wait child success: %d\n", id); } printf("child is quit! %d\n", getpid()); 
}int main() 
{ signal(SIGCHLD, handler); pid_t cid; if((cid = fork()) == 0) // child{ printf("child : %d\n", getpid()); sleep(3); exit(1); } while(1){ printf("father proc is doing some thing!\n"); sleep(1); } return 0; 
}