【Linux】信号知识三把斧——信号的产生、保存和处理

1、关于信号的前置知识

1.1.什么是信号？

1.2.为什么要学习信号？

1.3.如何学习信号？

1.4.一些常见的信号

1.5.信号的处理方式

1.6.为什么每一个进程都可以系统调用？

2.信号的产生

2.1.kill命令产生信号

2.2.键盘产生信号

CTRL+c和CTRL+\的区别

2.3.调用系统函数向进程发信号

2.4.软件条件产生信号

2.5.异常产生信号（硬件异常）

2.6.信号产生的小总结

3.信号的保存

3.1三张表基础

阻塞vs忽略：

3.2三张表匹配的操作和系统调用

3.3.Core和Term

如何打开Linux的core功能呢？

为什么要用核心转储功能呢？

4.信号的处理

4.1.信号什么时候被处理的？

4.2.信号是如何被处理的？

4.3.volatile

1、关于信号的前置知识

1.1.什么是信号？

Linux系统提供的让用户（进程）给其他进程发送异步信息的一种方式。（注意信号和信号量这两者没有任何关系！）

举个例子：

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~

进程就是你，操作系统就是快递员，信号就是快递

1.2.为什么要学习信号？

我们平时在处理进程的时候，对于停止、删除进程等操作，系统要求进程要有随时响应外部信号的能力，随后做出反应

1.3.如何学习信号？

根据进程对于整体信号的操作过程进行学习。

信号的产生（kill命令和键盘产生信号）
信号的保存
信号的处理

1.4.一些常见的信号

用kill -l命令可以察看系统定义的信号列表

数组和名字都可以标识一个信号，名字其实就是宏，注意没有信号0，没有信号32和33

1.5.信号的处理方式

信号自己的默认动作
自定义处理信号，捕捉信号
忽略信号，忽略也代表处理过信号了

所以我们自己是可以更改对信号的处理方式。

1.6.为什么每一个进程都可以系统调用？

写时拷贝的时候拷贝的全部都是用户空间，不会拷贝内核空间

每一个进程都有自己的地址空间，多个进程就会有多个地址空间，但是内核空间只有一份。所以任何一个进程都可以系统调用

2.信号的产生

2.1.kill命令产生信号

当我们输入kill命令去给进程发送信号的时候，本质是OS进行操作的。

2.2.键盘产生信号

键盘如何产生信号呢？

常见的有CTRL+c，代表中断这个程序；CTRL+ \发送SIGQUIT信号给当前进程，导致该进程退出并生成core转储文件

CTRL+c和CTRL+\的区别

CTRL+\与Ctrl+C不同，后者只是发送SIGINT信号给当前正在运行的进程，导致进程被终止。Ctrl+\会生成core文件，这个文件包含了进程在退出时的内存映像，可以用于调试。如果进程成功生成core文件，那么可以使用调试工具来分析这个文件，以了解进程崩溃时的状态，这对于排查问题非常有帮助‌。

2.3.调用系统函数向进程发信号

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)。

kill函数对任意进程发送任意的信号
raise函数对自己发送任意信号

#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。

2.4.软件条件产生信号

alarm函数和SIGALRM信号就是由软件条件产生信号的代表

#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。如果参数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

2.5.异常产生信号（硬件异常）

代码除零产生异常
野指针异常

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会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。

注意寄存器只有一个，但是寄存器的数据可以有很多，我们把寄存器中的数据叫做：上下文数据！！！

2.6.信号产生的小总结

当信号产生的时候，如果进程在处理更加重要的事情，我们就暂时不能处理到来的信号，我们必须暂时要将到来的信号进行临时保存。

那么问题来了，我们将这些信号保存在哪里呢？——进程的PCB中

所以只有OS才有资格写入信号，如果用户也想写入信号，就必须使用OS提供的系统调用。因此，无论信号产生的方式有多少种，最终都是OS亲自动手将信号写入进程的！！！

3.信号的保存

3.1三张表基础

理论上来说我们用3张表就可以保存信号

实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery)
信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。
进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。
被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作.
注意,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。

阻塞vs忽略：

忽略是一种信号递达的方式。阻塞仅仅是不让指定信号进程递达

pending表比特位的位置，表示信号编号，比特位的内容，表示是否收到指定信号
block表的比特位的位置，表示信号编号，比特位的内容，表示是否阻塞该信号

下面这三张表需要我们横着读，最后一个handler表示对信号的处理方法

这三张表分别表示信号是否阻塞，信号是否接受到，信号的处理动作

所以我们看这张表的时候，不是竖着看，而是横着看每一个信号

3.2三张表匹配的操作和系统调用

block表对应的是sigprocmask函数

调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)。

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
返回值:若成功则为0,若出错则为-1

如果oset是非空指针,则读取进程的当前信号屏蔽字通过oset参数传出。如果set是非空指针,则更改进程的信号屏蔽字,参数how指示如何更改。如果oset和set都是非空指针,则先将原来的信号屏蔽字备份到oset里,然后根据set和how参数更改信号屏蔽字。假设当前的信号屏蔽字为mask,下表说明了how参数的可选值。

pending表对应的是sigpending函数

#include <signal.h>
sigpending
读取当前进程的未决信号集,通过set参数传出。调用成功则返回0,出错则返回-1。

handler函数对应的是signal函数。

可以对指定的信号进行用户指定的信号处理。更改信号的处理方式。

下面是利用这几个函数进行编码，小试牛刀。

3.3.Core和Term

大多数信号的默认响应行为都是Core或者Term;

这两种信号都表示终止进程。

区别：

Term就是普通的终止进程，之后没有其他动作。
Core不仅会终止进程，还会生成一个核心转储文件。

为什么默认关闭核心转储功能？防止未知的core dump 一直在进行，导致服务器磁盘被打满，所以默认core是关闭的。

如何打开Linux的core功能呢？

使用ulimit -a查看当前资源限制的设定；

其中，第一行显示core文件的大小为0，即表示核心转储是被关闭的

通过ulimit -c size 命令来设置Core文件的大小（同时也是打开了核心转储

为什么要用核心转储功能呢？

想通过core定位到进程为什么退出，以及执行到哪行代码退出的

核心转储功能是什么？

将进程在内存中的核心数据（与调试有关）转储到磁盘中形成。

有什么用呢？

协助我们进行调试！

4.信号的处理

4.1.信号什么时候被处理的？

合适的时候，什么是合适的时候呢？进程从内核态（操作系统的状态，权限级别高），切换到用户态（你自己的状态）的时候，信号会被检测并处理

在信号处理的过程（捕捉）中，一共会有4次的状态切换（内核和用户态）

4.2.信号是如何被处理的？

我们使用系统调用或者访问系统数据，其实还是在进程的地址空间内进行切换的

进程无论如何被切换，总能找到OS，我们访问OS，本质就是通过我们的进程的地址空间进行访问

4.3.volatile

volatile 作用：保持内存的可见性，告知编译器，被该关键字修饰的变量，不允许被优化，对该变量的任何操作，都必须在真实的内存中进行操作

编译器正常处理是将flag的值从内存读取到CPU中进行处理

当前编译器做了一个优化，因为系统认为flag的值定义之后就没有改变，因此直接将内存里flag的值直接放在了CPU 的寄存器中，因此后面代码改变flag值的时候，是在内存当中改变的，CPU中的值不会改变，而程序读取数据是从CPU读取的，因此就会造成偏差，这时候就需要我们的volatile去修饰这个变量，默认从内存中读取！