文章目录

信号入门
- 1. 生活角度
- 2. Linux技术应用角度
- 3. 知识小点
- 4. 信号概念
- 5. kill -l命令
- 6. 信号处理常见方式
产生信号
- 1. 通过终端按键产生信号
- - Core Dump
- 2. 调用系统函数向进程发信号
- - 系统调用接口概述
- 3. 由软件条件产生信号
- - 软件条件给进程发送信号概述
- 4. 硬件异常产生信号
- - 理解除0异常（硬件问题）
  - 理解野指针或者越界问题（硬件问题）
总结

信号入门

1. 生活角度

你在网上买了很多件商品，再等待不同商品快递的到来。但即便快递没有到来，你也知道快递来临时，你该怎么处理快递。也就是你能“识别快递”。
当快递员把快递存到菜鸟驿站后，你也收到快递到来的通知，但是你正在忙其它事情（例如：正在上课或者在打游戏），需30min之后才能去取快递。那么在在这30min之内，你并没有去菜鸟驿站去取快递，但是你是知道有快递到来了。也就是取快递的行为并不是一定要立即执行，可以理解成“在合适的时候去取”。
在收到通知，再到你拿到快递期间，是有一个时间窗口的，在这段时间，你并没有拿到快递，但是你知道有一个快递已经来了。本质上是你“记住了有一个快递要去取”
当你时间合适，顺利拿到快递之后，就要开始处理快递了。而处理快递一般方式有三种：1. 执行默认动作（幸福的打开快递，使用商品）2. 执行自定义动作（快递是零食，你要送给你你的女朋友）3. 忽略快递（快递拿上来之后，放到书包后，继续开一把游戏或者继续学习）。
快递到来的整个过程，对你来讲是异步的，你不能准确断定什么时候收到快递到达的短信。

2. Linux技术应用角度

用户输入命令,在Shell下启动一个前台进程。
用户按下Ctrl-C ,这个键盘输入产生一个硬件中断，被OS获取，解释成信号(就是2号信号-- SIGINT)，发送给目标前台进程；
前台进程因为收到信号，进而引起进程退出。

在这里插入图片描述

3. 知识小点

Ctrl-C 产生的信号只能发给前台进程。一个命令后面加个&可以放到后台运行,这样Shell不必等待进程
结束就可以接受新的命令,启动新的进程。
Shell可以同时运行一个前台进程和任意多个后台进程,只有前台进程才能接到像 Ctrl-C 这种控制键产生的信号。
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。

如下图所示，我们知道该进程的pid；我们可以给进程发2号信号
在这里插入图片描述

4. 信号概念

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

5. kill -l命令

用kill -l命令可以察看系统定义的信号列表
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signal.h中找到,例如其中有定义 #define SIGINT 2
编号34以上的是实时信号,现在我们先学习编号34以下的信号,不讨论实时信号。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: man 7 signal

6. 信号处理常见方式

忽略此信号。
执行该信号的默认处理动作。
提供一个信号处理函数,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。

产生信号

1. 通过终端按键产生信号

SIGINT的默认处理动作是终止进程,SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且Core Dump,现在我们来验证一下。

Core Dump

首先解释什么是Core Dump。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。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）。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。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。首先用ulimit命令改变Shell进程的Resource Limit,允许core文件最大为1024K
shell命令: $ ulimit -c1024

在这里插入图片描述

信号捕捉— man 2 signal

 #include <signal.h>		//头文件
 typedef void (*sighandler_t)(int);		//函数指针
 sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

上面提到过常见的三种信号处理方法1. 默认 2. 忽略 3. 自定义；这个函数第一个函数参数传入原来默认信号；我们通过第二个函数参数我们可以自定义处理；函数返回原来这个信号老的方法。
例子如下

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;
void catchSig(int signum)
{
  cout << "进程捕捉到一个信号正在处理：" << signum << "pid: " << getpid() << endl;
}
int main()
{
  signal(SIGINT, catchSig);

  while(1)
  {
    cout << "我是一个进程，我正在运行..., pid: "<<getpid()<<endl;
    sleep(1);
  }
}

前台运行这个程序,然后在终端键入Ctrl-C（貌似不行）或Ctrl-\（介个可以）：
在这里插入图片描述

核心存储
- 进程控制那篇文章我们在wait那块提到过；具体如下图：
- man 7 signal 也有相关说明~
- gdb调试例子如下：（我们可以通过多出来的core。1439文件通过调试定位错误）

#include <iostream>
#include <unistd.h>

using namespace std;
int main()
{
  while(1)
  {
    cout << "我是一个进程，我正在运行..., pid: "<<getpid()<<endl;
    sleep(1);

    int a=100;
    a/=0;
  }
}

在这里插入图片描述

2. 调用系统函数向进程发信号

首先在后台执行死循环程序,然后用kill命令给它发SIGINT号信号；
在这里插入图片描述

  18814是sig进程的id。
  指定发送某种信号的kill命令可以有多种写法,
  上面的命令还可以写成 kill -SIGINT 18814 
  或 kill -2 18814 , 2是信号SIGINT的编号。

kill命令是调用kill函数实现的。kill函数可以给一个指定的进程发送指定的信号。raise函数可以给当前进程发送指定的信号(自己给自己发信号)。
```
 #include <sys/types.h>
 #include <signal.h>
 int kill(pid_t pid, int sig);
 int raise(int signo);
 
  这两个函数都是成功返回0,错误返回-1。
```
kill 例子代码

void Usage(string proc)
{
  cout << "Usage:\r\n\t" << proc << "signumber processid" << endl;
}
//    ./mysignal -2 pid
int main(int argc, char *argv[])
{
  if (argc != 3)
  {
    Usage(argv[0]);
    exit(1);
  }

  int signumber=atoi(argv[1]);
  int procid=atoi(argv[2]);

  kill(procid, signumber);
  return 0;
  }

先sleep 100000; 然后通过我们刚写的简易版kill 发9号信息就可以把这个进程杀死了；如下图：在这里插入图片描述

raise 例子：

int main()
{
	raise(8);	//自己给自己发信号
	return 0;
}

abort函数使当前进程接收到信号而异常终止。

#include <stdlib.h>
void abort(void);
就像exit函数一样,abort函数总是会成功的,所以没有返回值

指定发6号信号；例子如下：

int main()
{
	abort();	//自己给自己发指定的6号信号
	return 0;
}

在这里插入图片描述

系统调用接口概述

用户调用系统接口 ->执行OS对应的系统调用代码-> OS提联取参数，或者设置特定的数值->OS向目标进程写信号->修改对应进程的信号标记位->进程后续会处理信号->执行对应的处理动作!

3. 由软件条件产生信号

alarm函数和SIGALRM信号

 #include <unistd.h>
 unsigned int alarm(unsigned int seconds);
 
 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。
打个比方,某人要小睡一觉,设定闹钟为30分钟之后响,20分钟后被人吵醒了,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。
我们可以利用alarm函数单纯去计算CUP的算力

//代码意思是，1s后闹钟响了，捕捉到了14号信号。然后调用catchSig函数。
int count = 0;
void catchSig(int signum)
{
  cout << "final count: " << count << endl;
}

int main()
{
  signal(SIGALRM, catchSig);

  alarm(1);

  while (1)
    ++count;
  return 0;
}

效果如下图：

软件条件给进程发送信号概述

OS先识别到某种软件条件触发或者不满足
OS 构建信号，发送给指定的进程

4. 硬件异常产生信号

硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核,然后内核向当前进程发送适当的信号。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（内存管理单元）会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。
例如：

void Handler(int signum)
{
  cout << "捕捉一个信号：" << signum << endl;
}

int main()
{
  signal(SIGFPE, Handler);
  int a=100;
  a/=0;
  while (1) sleep(1);
  
  return 0;
}

通过上面代码；看下图会发现，刷屏了！！！
在这里插入图片描述

理解除0异常（硬件问题）

1.进行计算的是CPU，这个硬件
2.CPU内部是有寄存器的，状态寄存器(位图)，有对应的状态标记位，溢出标记位， OS会自动进行计算完毕之后的检测!如果溢出标记位是1，OS里面识别到有溢出问题，立即只要找到当前谁在运行提取PID，OS完成信号发送的过程，进程会在合适的时候，进行处理。
3.一旦出现硬件异常，进程不一定退出；一般默认是退出，但是我们即便不退很出，我们也做不了什么。
4.死循环原因是：寄存器中的异常一直没有被解决!