【在Linux世界中追寻伟大的One Piece】进程信号

news2024/10/6 0:14:00

1 -> 信号入门

1.1 -> 生活角度的信号

1.2 -> 技术应用角度的信号

1.3 -> 注意

2 -> 信号的概念

2.1 -> 用kill -l命令可以查看系统定义的信号列表

2.2 -> 信号处理常见方式

3 -> 产生信号

3.1 -> Core Dump

3.2 -> 调用系统函数向进程发信号

3.3 -> 由软件条件产生信号

3.4 -> 硬件异常产生信号

1 -> 信号入门

1.1 -> 生活角度的信号

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：
- 执行默认动作(幸福的打开快递，使用商品)。
- 执行自定义动作(快递是零食，你要送给你的女朋友)。
- 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。

1.2 -> 技术应用角度的信号

1. 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。

[hg@localhost code_test]$ cat sig.c

#include <stdio.h>

int main()

{

while(1){

printf("I am a process, I am waiting signal!\n");

sleep(1);

}

}

[hg@localhost code_test]$ ./sig

I am a process, I am waiting signal!

I am a process, I am waiting signal!

I am a process, I am waiting signal!

^C

[hg@localhost code_test]$

进程就是你，操作系统就是快递员，信号就是快递。

1.3 -> 注意

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(Asynchronous)的。

2 -> 信号的概念

信号是用来传递信息的物理量，它可以是电信号、声波、光信号等多种形式。在通信和控制系统中，信号作为信息的载体，通过特定的媒介从发送端传输到接收端。信号可以携带声音、图像、数据等多种类型的信息。

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

2.1 -> 用kill -l命令可以查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，只讨论编号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。

2.2 -> 信号处理常见方式

可选的处理动作有以下三种：

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。

3 -> 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。

3.1 -> 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: $ ulimit -c1024。

然后写一个死循环程序。

前台运行这个程序，然后在终端键入Ctrl-C或Ctrl-\：

ulimit命令改变了Shell进程的Resource Limit，test进程的PCB由Shell进程复制而来，所以也具有和Shell进程相同的Resource Limit值，这样就可以产生Core Dump了。

3.2 -> 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SIGSEGV信号。

4568是test进程的id。之所以要再次回车才显示Segmentation fault，是因为在4568进程终止掉之前已经回到了Shell提示符等待用户输入下一条命令，Shell不希望Segmentation fault信息和用户的输入交错在一起，所以等用户输入命令之后才显示。
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 -SIGSEGV 4568或 kill -11 4568, 11是信号SIGSEGV的编号。以往遇到的段错误都是由非法内存访问产生的，而这个程序本身没错，给它发SIGSEGV也能产生段错误。

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 <signal.h>

int kill(pid_t pid, int signo);

int raise(int signo);

这两个函数都是成功返回0，错误返回-1。

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。

3.3 -> 由软件条件产生信号

SIGPIPE是一种由软件条件产生的信号。

#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。