關於 Linux 信號詳解

2020-06-16 17:35:22

信號的基本概念

每個信號都有一個編號和一個宏定義名稱 ,這些宏定義可以在 signal.h 中找到。

使用kill -l命令檢視系統中定義的信號列表： 1-31是普通訊號； 34-64是實時信號

所有的信號都由作業系統來發！

對信號的三種處理方式

忽略此信號：大多數信號都可使用這種方式進行處理，但有兩種信號卻決不能被忽略。它們是：SIGKILL和SIGSTOP。這兩種信號不能被忽略的，原因是：它們向超級使用者提供一種使進程終止或停止的可靠方法。另外，如果忽略某些由硬體異常產生的信號（例如非法儲存存取或除以0），則進程的行為是示定義的。
直接執行進程對於該信號的預設動作 ：對大多數信號的系統預設動作是終止該進程。
捕捉信號：執行自定義動作（使用signal函數），為了做到這一點要通知核心在某種信號發生時，呼叫一個使用者函數handler。在使用者函數中，可執行使用者希望對這種事件進行的處理。注意，不能捕捉SIGKILL和SIGSTOP信號。

#include <signal.h>
typedef void( *sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

signal函數的作用：給某一個進程的某一個特定信號（標號為signum）註冊一個相應的處理常式，即對該信號的預設處理動作進行修改，修改為handler函數所指向的方式。

第一個引數是信號的標號
第二個引數，sighandler_t是一個typedef來的，原型是void (*)(int)函數指標，int的引數會被設定成signum

舉個程式碼例子：

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
void handler(int sig)
{
    printf("get a sig,num is %dn",sig);
}
 
int main()
{
     signal(2,handler);
     while(1)
     {
         sleep(1);
         printf("hellon");
      }
      return 0;
}

　　修改了2號信號（Ctrl-c）的預設處理動作為handler函數的內容，則當該程式在前台執行時，鍵入Ctrl-c後不會執行它的預設處理動作（終止該進程）

信號的處理過程：

進程收到一個信號後不會被立即處理，而是在恰當時機進行處理！什麼是適當的時候呢？比如說中斷返回的時候，或者核心態返回使用者態的時候（這個情況出現的比較多）。

信號不一定會被立即處理，作業系統不會為了處理一個信號而把當前正在執行的進程掛起（切換進程），掛起（進程切換）的話消耗太大了，如果不是緊急信號，是不會立即處理的。作業系統多選擇在核心態切換回使用者態的時候處理信號，這樣就利用兩者的切換來處理了（不用單獨進行進程切換以免浪費時間）。

總歸是不能避免的，因為很有可能在睡眠的進程就接收到信號，作業系統肯定不願意切換當前正在執行的進程，於是就得把信號儲存在進程唯一的PCB（task_struct）當中。

產生信號的條件

1.使用者在終端按下某些鍵時，終端驅動程式會傳送信號給前台程式。

例如：Ctrl-c產生SIGINT信號，Ctrl-產生SIGQUIT信號，Ctrl-z產生SIGTSTP信號

2.硬體異常產生信號。

這類信號由硬體檢測到並通知核心，然後核心向當前進程傳送適當的信號。

例如：當前進程執行除以0的指令，CPU的運算單元會產生異常，核心將這個進程解釋為SIGFPE信號傳送給當前進程。

當前進程存取了非法記憶體地址，MMU會產生異常，核心將這個異常解釋為SIGSEGV信號傳送給進程。

3.一個進程呼叫kill(2)函數可以傳送信號給另一個進程。

可以用kill(1)命令傳送信號給某個進程，kill(1)命令也是呼叫kill(2)函數實現的，如果不明確指定信號則傳送SIGTERM信號，該信號的預設處理動作是終止進程。

信號的產生

1.通過終端按鍵產生信號

舉個栗子：寫一個死迴圈，前台執行這個程式，然後在終端鍵入Ctrl-c

　　當CPU正在執行這個進程的程式碼 , 終端驅動程式傳送了一個 SIGINT 信號給該進程，記錄在該進程的 PCB中，則該進程的使用者空間程式碼暫停執行 ,CPU從使用者態切換到核心態處理硬體中斷。

　　從核心態回到使用者態之前，會先處理 PCB中記錄的信號 ,發現有一個 SIGINT 信號待處理, 而這個信號的預設處理動作是終止進程，所以直接終止進程而不再返回它的使用者空間程式碼執行。

2.呼叫系統函數向進程發信號

 



/*************************************************************************
 > File Name: test.c
 > Author:Lynn-Zhang
 > Mail: iynu17@yeah.net
 > Created Time: Fri 15 Jul 2016 03:03:57 PM CST
 ************************************************************************/
  
#include<stdio.h>
int main()
{
    printf("get pid :%d circle ...n",getpid());
    while(1);
    return 0;
}

寫一個上面的程式在後台執行死迴圈，並獲取該進程的id，然後用kill命令給它傳送SIGSEGV信號，可以使進程終止。也可以使用kill -11 5796,11是信號SIGSEGV的編號。

開啟終端1，執行程式：

利用終端2,給進程傳送信號

終端1 顯示進程被core了：

kill命令是呼叫kill函數實現的。kill函數可以給一個指定的進程傳送指定信號。

raise函數可以給當前進程傳送指定的信號 (自己給自己發信號 )

 
#include<signal.h>
int kill(pid_t pid,int signo);
int raise(int signo);

這兩個函數都是成功返回0，錯誤返回-1.

除此之外，abort函數使當前進程接收到SIGABRT信號而異常終止。

 
#include<stdlib.h>
void abort(void);

就像 exit函數一樣 ,abort 函數總是會成功的 ,所以沒有返回值。

3.由軟體條件產生信號

 



/*************************************************************************
 > File Name: alarm.c
 > Author:Lynn-Zhang
 > Mail: iynu17@yeah.net
 > Created Time: Fri 15 Jul 2016 08:52:02 PM CST
 ************************************************************************/
 
#include<stdio.h>
 
int main()
{
    int count=0;
    alarm(1);
    while(1)
    {
        printf("%dn",count);
        count++;
    }
    return 0;
}

　通過實現以上程式碼，呼叫alarm函數可以設定一個鬧鐘,告訴核心在seconds秒之後給當前進程發SIGALRM信號, 該信號的預設處理動作是終止當前進程。

該程式會在1秒鐘之內不停地數數,並列印計數器，1秒鐘到了就被SIGALRM信號終止。由於電腦設定等的不同，每台電腦一秒鐘之內計數值是不同的一般是不同的。

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

　　alarm函數的返回值是0或上次設定鬧鐘剩餘的時間。