【Linux】—— 信号的基本介绍（一）

（一）生活角度的信号

（二）查看信号列表

（三）技术应用角度的信号

（四）信号的概念

（五）小结

（一）生活角度的信号

我们要学习有关信号的相关知识，首先要知道什么是信号。接下来我先从生活中的例子来带大家逐步认识。

在日常生活中，"信号" 这个词可以涵盖多个领域，以下是一些常见的生活中的信号：

红绿灯、语言、姿态、表情、鸟鸣、风声、情绪、闹钟、狼烟等等

就比如上诉的 红绿灯：我们都知道“红灯停，绿灯行”，对于不同的颜色都会匹配相应的动作。此时我就要问大家为什么会有这个动作呢？

其实很简单，因为曾经有人或者有事等 “培养”过你，使你脑海中产生了这种印象，以至于即使现在不是身处红绿灯处，我们也知道不同的颜色我们该怎么进行处理！！

同理，若此时存在一个进程，而信号就是一个数字（可以通过 kill -l 查看，稍后会讲），即使进程没有收到信号的时候，它也知道当收到信号的时候能够准备识别并知道该如何处理（因为程序员设计进程的时候，早就已经设计好了对信号识别处理的能力！！）

如果大家还是困惑我在给大家举个例子：

假设你在网上买了很多件商品，在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”；
当快递员到了你楼下，你也收到快递到来的通知，但是你正在打游戏，需5min之后才能去取快递。那么在在这5min之内，你并没有下去去取快递，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，扔掉床头，继续开一把游戏）；
快递到来的整个过程，对你来讲是异步的，你不能准确断定快递员什么时候给你打电话.

（二）查看信号列表

我们可以使用kill -l命令可以察看系统定义的信号列表。具体如下：

【解释说明】

首先，在Linux系统中，【1-31】号的信号通常是标准的POSIX信号，大家也可以叫做普通信号（这是我们学习的主要）；
其次，大家可以发现没有32、33号信号，31号之后就是34号。在POSIX标准中，并没有规定32和33号这样的信号，因此在通常的Linux系统中，这些数字对应的信号并没有特殊的含义。这并不是系统实际上没有定义更高编号的信号，而是在POSIX标准中未规定的部分给了系统一些灵活性，使得系统可以自定义和扩展信号的使用；
最后34号之后的统称为“实时信号”，对于这部分信号，大家可以不用关心；
最后大家也可以发现，每个都是以数字开头紧跟一个大写的字符串。这里的数字就是“信号”，后面大写的字符串就是“宏”。

SIGHUP (1): 挂起信号
SIGINT (2): 中断信号
SIGQUIT (3): 退出信号
SIGILL (4): 非法指令信号
SIGTRAP (5): 跟踪/断点陷阱信号
SIGABRT (6): 中止信号
SIGBUS (7): 总线错误信号
SIGFPE (8): 浮点异常信号
SIGKILL (9): 强制杀死进程信号
SIGUSR1 (10): 用户自定义信号 1
SIGSEGV (11): 段错误信号
SIGUSR2 (12): 用户自定义信号 2
SIGPIPE (13): 管道破裂信号
SIGALRM (14): 超时信号
SIGTERM (15): 终止信号
SIGSTKFLT (16): 协程栈错误信号
SIGCHLD (17): 子进程状态改变信号
SIGCONT (18): 继续执行信号
SIGSTOP (19): 停止进程信号
SIGTSTP (20): 终端停止信号
SIGTTIN (21): 后台进程尝试读取控制终端
SIGTTOU (22): 后台进程尝试写入控制终端
SIGURG (23): 紧急情况信号
SIGXCPU (24): 超过CPU时间限制信号
SIGXFSZ (25): 超过文件大小限制信号
SIGVTALRM (26): 虚拟定时器信号
SIGPROF (27): 用于分析的定时器信号
SIGWINCH (28): 窗口大小改变信号
SIGIO (29): 异步I/O事件通知信号
SIGPWR (30): 电源故障信号
SIGSYS (31): 非法系统调用信号

（三）技术应用角度的信号

有了上述的知识储备之后，接下来通过简单的代码来理解信号！！！

演示如下：

除了上述方法之外，还可以通过【ctrl+c】的方式终止一个前台进程

【现象解释】

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，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

【解释说明】

前台进程是在终端中直接运行的进程，它会占用终端并接收来自用户的输入。通常，用户可以看到前台进程的输出，并且可以与之交互；
前台进程的执行会阻塞终端，直到该进程完成或被暂停。

相应的也有后台进程（使用 & 将进程放到后台执行）

后台进程是在终端中以非阻塞方式运行的进程。用户可以继续输入命令和执行其他任务，而后台进程在后台默默执行；
后台进程通常用于执行长时间运行的任务，而不占用用户的终端。

演示如下：

注意

1. 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。
2. 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。
3. 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(Asynchronous)的。

而此时，大家是否想到一点。对于 Ctrl-C 指令，默认执行的便是终端信号的作用，与我们的 2号信号的效果类似，那么到底是不是呢？我简单的演示下，将 2 号信号的默认执行动作改了，看是否和我们预想的类似。

代码展示：

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include<signal.h>

void handle(int signa){
    std::cout << "get a siganl:" << signa << std::endl;
}

int main()
{
    signal(2,handle);
    while(true){
        std::cout << "我是一个进程，我正在运行...,pid:" << getpid() <<std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

效果演示：

其次，除了上述终止进程的方法之外，还可以使用【ctrl+\】

【解释说明】

而这里的【ctrl+\】其实就是 3 号信号所属，我也可以给大家验证一哈（同样的让3号信号执行我们自定义的方法）

效果演示：

（四）信号的概念

综上所述，信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断

理解信号是软中断需要考虑计算机系统中的中断和信号两个概念。

中断：

中断是计算机系统中的一种机制，用于处理与正常执行流程无关的事件。这些事件可能来自硬件，例如硬件故障、定时器到期、输入设备的输入等。当系统接收到中断信号时，当前执行的程序会被中断，系统会转而执行相应的中断处理程序。中断可以是硬中断（由硬件触发）或软中断（由软件触发）。

信号是软中断：

信号是一种用于在软件层面通知进程发生了某个事件的机制。这些事件可以是来自其他进程的通知、异常情况、用户的交互等。当系统检测到某个事件时，会向相应的进程发送一个信号。进程可以事先定义信号的处理方式，比如忽略、捕获、或执行默认操作。

因此综合起来，将信号称为软中断是因为它类似于硬中断的概念，但它是在软件层面实现的。信号提供了一种轻量级的通信和事件处理机制，允许进程在运行时响应各种事件，而不需要像硬中断那样涉及到硬件层面的处理。

（五）小结

每个信号都有一个唯一的编号。常见的信号有诸如SIGKILL（终止进程）、SIGTERM（终止进程，但可被捕获和忽略）等。
进程可以对不同的信号设置不同的处理方式，包括：
- 默认操作： 操作系统默认对信号执行的动作。
- 忽略信号： 进程可以选择忽略某个信号。
- 捕获信号： 进程可以注册一个信号处理函数，以在接收到信号时执行自定义操作。
常见信号：
- 一些常见的信号包括：
  - SIGINT（2）： 由中断字符（通常是Ctrl+C）发送，用于中断正在运行的程序。
  - SIGTERM（15）： 用于请求进程正常终止。
  - SIGKILL（9）： 用于强制终止进程。
  - SIGHUP（1）： 表示终端挂起或控制进程终止。