【Linux】fork和exec中的信号继承探索

news2024/11/18 9:53:04

fork和exec中的信号继承探索

一、结论
二、代码验证
- 2.1 代码编写
- 2.2 代码执行
三、linux源码验证
四、APUE中的验证
五、其他

一、结论

fork时子进程会继承父进程的信号处理方式，包括父进程设置信号为SIG_DFL或SIG_IGN或捕获后设置自定义处理函数。
exce时子进程会继承父进程设置为SIG_DFL或SIG_IGN的信号。对于捕获后设置自定义处理函数的信号则不继承这个处理函数。

二、代码验证

2.1 代码编写

此处针对exec的情况进行验证，对于单纯fork后的情况不进行说明。

编写main.c。此处捕获SIGCHLD自定义handle处理方式。当main函数执行后，将fork子进程，同时子进程会exec加载son可执行程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

void handler(int sig) {
    int status;
	int pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG);
	if (pid > 0) {
		printf(">>>>>>>>>>>>>>>A child process has exited, pid: %d\n", pid);
	}
}

int main() {
	// 设置信号处理函数
    signal(SIGCHLD, handler);

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        // fork失败
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
		sleep(3);
		execlp("./son", "son", NULL);
    } else {
        // 父进程继续执行，不等待子进程
        while(1) {
            printf("Parent process, PID: %d, son PID: %d\n", getpid(), pid);
            sleep(3);
        }
    }
    return 0;
}

执行 gcc main.c -o main 进行编译

编写son.c，调用fork创建孙子，孙子进程创建后会exec加载grandson可执行程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        // fork失败
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
		sleep(3);
		execlp("./grandson", "grandson", NULL);
    } else {
        // 父进程继续执行，不等待子进程
        while(1) {
            printf("son process, PID: %d, grandson PID: %d\n", getpid(), pid);
            sleep(3);
        }
    }
    return 0;
}

执行 gcc son.c -o son 进行编译

编写grandson.c，代码中定期输出语句，类比执行业务代码。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    while(1){
        printf("I am grandson, running!..., pid=%d\n", getpid());
        sleep(3);
    }
    return 0;
}

执行 gcc grandson.c -o grandson 进行编译

2.2 代码执行

输入 ./main 执行程序，首先会观察到有两个 ./main程序，业务此时fork了
在这里插入图片描述
三秒后500721号进程会执行exec，替换为son程序。son程序加载后会fork一次，故此时有两个son进程

三秒后500770号进程会执行exec，替换为grandson程序。此时有main，son和grandson进程存在

当孙子进程退出时（执行kill -9杀死），它将会变为僵尸进程，因为它的父进程即son进程没有调用wait，waitpid或忽略SIGCHLD信号
在这里插入图片描述
结论：验证了父进程捕获信号后自定义处理逻辑，是不继承到子进程的。

此外，当我们将main.c的signal(SIGCHLD, handler);替换为signal(SIGCHLD, SIG_IGN);后，按上述流程执行，杀死孙子进程时，现象如下：
在这里插入图片描述
一旦执行杀死孙子进程，则ps检测不到了，证明它被真正杀死，而不会陷入僵尸状态。

结论：验证了父进程忽略某个信号后，会继承到子进程，子进程同样忽略此信号。

三、linux源码验证

此处从源码角度论证fork时子进程会继承父进程的信号处理方式，包括父进程设置信号为SIG_DFL或SIG_IGN或捕获后设置自定义处理函数。
阅读fork.c源码可知：
copy_process函数调用copy_sighand函数&copy_signal函数

在这里插入图片描述

信号处理函数的继承：在copy_process函数中，当创建新进程（线程）时，如果clone_flags中设置了CLONE_SIGHAND，则共享信号处理函数。如果没有设置，则会复制父进程的信号处理函数。这可以通过copy_sighand函数实现，该函数通过memcpy复制信号处理动作，即sig->action。
信号状态的复制：在copy_signal函数中，如果clone_flags中没有设置CLONE_THREAD，则会为新进程分配一个新的signal_struct结构体，并且复制父进程的信号限制和一些其他的信号状态。