【Linux】：信号与信号产生

朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家带来信号和信号的产生相关代码和知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

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1. 信号概念

2. 信号的产生

① 前台进程

② 后台进程

2.1 信号的产生方式

① 通过键盘产生

② 通过系统调用产生

③ 通过硬件异常产生

④ 通过软件条件产生

3. 核心转储（core dump）

1. 信号概念

从生活的角度来说：

道路边的红绿灯信号、上下课的铃声、古时候的狼烟、旗语、手机的来电铃声等等；

当这些信号出现的时候我们可以识别并下意识的做出对应的反应。

在Linux角度来说：

在命令行输入kill -l就可以查看系统可支持的信号列表；

当我们程序运行起来，我们直接使用Ctrl + c 就可以终止进程，这也叫做信号。

① 信号没有产生的时候，其实我们已经知道怎么来处理这个信号；
② 信号什么时候来，我们并不清楚，信号的到来相对于我目前做的工作来说是异步产生的；
③ 信号产生了，我们不一定要立即处理他，而是等到合适的时机来处理；
④ 信号到来到我要处理信号的期间，我们需要对已经到来的信号进行暂时保存。

信号是向目标进程发送通知消息的一种机制。

2. 信号的产生

在谈论信号的产生之前先来了解一下Linux中的前、后台进程：

① 前台进程

在命令行中我们输入./exe启动一个进程时启动的是前台进程；

我们自己的程序以前台进程的方式运行，此时我们输入指令时是没有任何效果的！

shell也是一个进程，我们使用命令行时使用的就是shell这个前台进程，所以当使用./exe运行程序时，OS就会自动将shell放到后台，前台进程只能有一个。

一般情况下：Ctrl + c 终止前台进程

Ctrl + \ ：终止前台进程

② 后台进程

在命令行输入./exe & 以后台程序的方式运行；

后台进程可以有多个，使用 jobs命令查看所有的后台进程：

使用 fg 任务编号：将指定的后台进程提到前台

前台进程不能被暂停，如果我们正常运行起来的前台进程使用Ctrl + z时暂停，会将该进程必须放到后台；

使用bg 任务编号：将指定后台进程运行起来。

2.1 信号的产生方式

在命令行输入kill -l可以查看所有信号；

没有0号信号，因为在我们程序运行结束之后，成功返回的是0。

信号有对应的编号和名称，我们既可以使用编号又可以使用名称。

1 ~ 31叫做普通信号，34 ~ 64叫做实时信号。

向目标进程发送信号时，对于普通信号来讲，该进程如何知道自己是否收到某种信号？

在进程的PCB中维护一张位图，并且每个进程都有一张函数指针数组表，数组下标和信号编号强相关；

位图中比特位的位置决定信号的编号；

比特位的内容决定是否收到该信号。

当进程收到指定信号时，先去位图中查找对应的信号，然后通过信号编号在函数指针数组中执行对应的方法。

因为OS是进程的管理者，无论信号的产生方式有多少种，永远只能由OS向目标进程发送。

发信号其实是向位图中写入（对对应的比特位操作）

信号的本质：用软件来模拟硬件与CPU之间的中断行为！

① 通过键盘产生

我们在命令行./exe运行起来的进程，当我们在键盘上敲下Ctrl + c组合键时，该进程就会被终止，此时我们从键盘上输入Ctrl + c就是向该进程发送指定的信号。

在合适的时候处理信号的有三种情况：

1. 信号的默认行为
2. 忽略该信号
3. 自定义行为（信号的捕捉）

signal接口可以用于捕捉信号去执行自定义函数方法：

我们输入的Ctrl + c其实是2号信号，输入的Ctrl + z其实是20号信号，输入的Ctrl + /其实是3号信号，接下来我们可以采用信号捕捉的方式来验证一下：
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;

// 自定义行为的函数返回值必须是void，参数必须是int类型
void handler(int signo)
{
    while (true)
    {
        std::cout << "这是一个" << signo << "号信号" << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    signal(2, handler); // 捕捉2号信号
    signal(3, handler); // 捕捉3号信号
    signal(20, handler);// 捕捉20号信号

    while (1)
    {
        cout << "running ...., pid: " << getpid() <<endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
9号信号不可被捕捉，即便是我们使用signal接口进行捕捉，也不能让9号信号执行自定义方法！

② 通过系统调用产生

kill接口：向指定进程发送指定的信号

让我们自己的进程运行5s，然后使用kill系统调用来发送2号信号；

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    while (true)
    {
        std::cout << "这是一个" << signo << "号信号" << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    signal(2, handler); // 捕捉2号信号
    int cnt = 5;
    while (cnt--)
    {
        cout << "running ...., pid: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }
    // kill(getpid(), SIGINT); 
    // 系统调用接口产生信号
    kill(getpid(), 2);
    return 0;
}

raise接口：自己给自己发送指定的信号

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;

// 自定义行为的函数返回值必须是void，参数必须是int类型
void handler(int signo)
{
    while (true)
    {
        std::cout << "这是一个" << signo << "号信号" << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    signal(3, handler); 
    int cnt = 5;
    while (cnt--)
    {
        cout << "running ...., pid: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }
    // 给自己发送3号信号
    raise(SIGQUIT);
    return 0;
}

abort接口：使当前进程收到信号并异常终止

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;

// 自定义行为的函数返回值必须是void，参数必须是int类型
void handler(int signo)
{
    while (true)
    {
        std::cout << "这是一个" << signo << "号信号" << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    signal(6, handler); // 捕捉2号信号
    int cnt = 5;
    while (cnt--)
    {
        cout << "running ...., pid: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }

    abort(); // 收到6号信号

    return 0;
}

③ 通过硬件异常产生

异常产生的信号比如常见的段错误、野指针问题；

在这里演示一下常见的除0错误产生的信号：

当发生除0异常时，OS直接向进程发生8号信号来终止进程。

接下来我们捕捉一下8号信号看看会发生什么：
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    // 注意这里没有循环
    std::cout << "这是一个" << signo << "号信号" << std::endl;
    sleep(1);
}

int main()
{
    signal(8, handler); // 捕捉8号信号
    int a = 10;
    a /= 0;
    return 0;
}
我们捕捉信号执行的自定义函数没有循环，为什么在结果中会循环打印呢？

当发生除0错误时，CPU内部的状态寄存器（硬件资源）中的溢出标记位会置为1，此时OS就会检测到，并把其解释为kill(targetprocess, SIGFPE)函数调用，就会终止进程，但是我们将SIGFPE进行捕捉之后去执行对应的自定义方法，并没有终止该进程，所以CPU会一直调度该进程，当遇到除0异常时又继续执行我们实现的自定义函数。

当发生一些野指针和越界访问时，此时从由虚拟到物理映射时页表中的MMU硬件单元就会出现异常，就会给进程发送指定信号用来终止进程。

④ 通过软件条件产生

在之前的管道部分就说过，管道的读端关闭，如果写端还是继续写入，OS就会向写端发送SIGPIPE信号来终止写端进程，这就是一种通过软件来产生的信号。

我们可以通过alarm函数来给进程设置一个闹钟，也就是告诉OS在指定时间之后向进程发送SIGALRM信号，默认处理动作是终止当前进程。

alarm接口：
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    while (true)
    {
        std::cout << "这是一个" << signo << "号信号" << std::endl;
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    signal(SIGALRM, handler);
    // 3秒之后发送信号
    alarm(3);

    while (true)
    {
        cout << "running ...., pid: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}