Linux进程信号产生以及捕捉

一.什么是信号

生活中，有哪些信号相关的场景呢，比如：红绿灯，闹钟，转向灯等等

1.这里我们要知道，你为什么认识这些信号呢，记住了对应场景下的信号＋后续是有”动作“要你执行的

2.我们在我们的大脑中，能够识别这个信号的

3.如果特定信号没有产生，但是我们依旧知道应该如何处理这个信号

4.我在收到这个信号的时候，可能不会立即处理这个信号

5.信号本身，在我们无法立即被处理的时候，也一定要先被临时的记住

结论：什么是Linux信号，本质是一种通知机制，用户or操作系统通过发送一定的信号，通知进程，某些事件已经发生，你可以在后续进行处理。

二.信号如何使用，结合进程，信号结论

1.进程要处理信号，必须具备信号“识别”的能力(看到＋处理动作)

2.凭什么进程能够“识别”信号呢，代码是程序员编写的，就比如说你是如何认识红绿灯的，这都是有人告诉你的

3.信号产生是随机的，进程可能正在忙自己的事情，所以，信号的后续处理，可能不是立即处理的

4.进程会临时的记录下对应的信号，方便后续进行处理

5. 在什么时候处理呢，合适的时候(这个后面会说)

6.一般而言，信号的产生相对于进程而言是异步的(什么是异步呢，异步双方不需要共同的时间，也就是接收方不知道发送方什么时候发送，所以在发送的信息中就要有提示接收方开始接收的信息，如开始时有开始位，同时在结束时有停止位。)

三.信号常见的处理方式

1.默认(进程自带的，程序员写好的逻辑)

2.忽略(信号的一种处理方式)

3.自定义动作(捕捉信号)

四.常见信号

1-31普通信号，34-64实时信号。

如何理解组合键变信号：键盘的工作方式是通过:中断方式进行的，当然也能够识别组合键，ctrl+c，OS解释组合键->查找进程列表->前台运行的进程->OS写入对应的信号到进程内部的位图结构中。

如何理解信号被进程保存：进程必须具有保存信号的相关数据结构(位图，unisgned int)PCB内部保存了信号位图字段。

如何理解信号发送的本质：信号位图是在task_struct -> task_struct内核数据结构->OS。

信号发送的本质：OS向目标进程写信号，OS直接修改pcb中的指定的位图结构完成“发送”信号的过程。

五.信号的产生以及核心转储

键盘产生信号

sighandler_t handler回调函数，通过回调的方式，修改对应信号的捕捉方法，signum，要捕捉信号的名称或编号。

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


void cating(int signum)
{
    cout<<"捕捉到信号："<<signum<<endl;

    return;
}

int main()
{
    signal(2,cating);
    while(1)
      sleep(1);
    return 0;
}

signal(SIGINT,catchsig)，特定信号的处理动作，一般只有一个，signal函数，仅仅是修改进程对特定信号的后续处理动作，不是直接调用对应的处理动作，如果后续没有任何SIGINT信号产生,catchsig永远也不会被调用。

核心转储

man 7 signal 查看信号的默认处理行为。这里不同信号的Action不同，有Term、Core、Ign、Cont、Stop等状态行为。

接下来就是了解一下Core动作——核心转储(一般而言云服务器的核心转储功能是被关闭的)。关于进程等待中，status 中如果是正常终止就保存返回值、错误码。

如果被信号所杀，第7位上保存的这个就叫做core dump，如果是0表示没有发生核心转储，为1则是发生了核心转储。我们可以打印code_dump位的信息 (左移7位然后与上1即可)。

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


void cating(int signum)
{
    cout<<"捕捉到信号："<<signum<<endl;

    return;
}
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        sleep(1);
        int a = 100;
        a /= 0;
        exit(0);
    }
    int status = 0;
    waitpid(id, &status, 0);
    cout << "父进程:" << getpid() << "子进程:" << getppid() << endl;
    //退出信号：
    cout << "exit sig" << (status & 0x7f) << endl;
    // 打印core dump位
    cout << "core dump" << (status > 7 & 1) << endl;
}

如果核心转储是被关闭的，可以使用ulimit -a查看，ulimit -c10240打开，这里就可以使用core.11077就可以定位错误。

系统调用发送信号

第一个参数为指定的进程pid，第二个参数为对应的信号编码。

kill 是给指定进程发送信号，而如果想让自己给自己发信号，可以使用 raise 命令

给自己发送abort信号，也就是6号信号。相当于代码：raise(6) 或 kill(getpid(),6)

软件条件产生信号

这里可以举一个例子：当管道，读端不进行读取，还关闭了文件描述符，而写端一直写入，会发生什么问题？操作系统会自动终止对应写端进程，通过发送信号的方式，发送SIGPIPE信号。

验证：

1.创建匿名管道

2.让父进程进行读取，子进程进行写入

3.让父进程关闭读端 && waitpid()，子进程一直进行写入

4.子进程退出，父进程waitpid拿到子进程的退出status。

5.提取退出信号。

SIGPIPE便是一种软件条件产生的信号，除了管道中会发出SIGPIPE信号，接下来我们学习其它软件产生的信号，alarm 函数与SIGALRM 信号，系统调用中的 alarm 函数会产生 SIGALRM 信号。接下来让我们了解一下 alarm 接口。

调用 alarm 函数可以设定一个闹钟，也就是告诉内核再 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。

利用上面这个函数，我们可以做一个定时器。

int count = 0;
 
void catchSig(int signum)
{
    cout << "count: " << count << endl;
}
int main()
{
    // 1秒后发送消息
    alarm(1);
    signal(SIGALRM, catchSig);
    while (1)
    {
        ++count;
    }
    return 0;
}

如何理解软件条件给进程发送信号：OS先识别到某种软件条件触发或不满足。OS构建信号，发送给指定的进程。

硬件异常产生信号

首先我们要知道硬件是如何产生信号的，我们先写一段整数除以0的代码看一下。

void handler(int signum)
{
    sleep(1);
    cout << "signal is : " << signum << endl;
}
int main()
{
    signal(SIGFPE, handler);
    int a;
    a/=0;
    while (1)
        sleep(1);
    return 0;
}

这段代码会不断的产生信号8，但是我们把信号8捕捉了，他就会不停的发送。

一.那如何理解整数除以0这个操作

1.因为计算的是CPU，如果CPU计算出现错误，会将错误信息放入到状态寄存器中，状态寄存器中有对应的状态标记位(类比成位图)，其中会存在溢出标记位，OS会自动进行计算完毕之后的检查。
2.如果OS识别到有溢出问题，根据 current指针(指向当前正在运行的进程) 找到进程，然后提取出 PID，O S再进行信号发送到该进程，进程则会再合适的时候，进行信号的处理。
3.立即找到当前 task_struct中有一个current指针，当程序进行执行时，current内的内容也会被加载到CPU的寄存器中。
4.所以，整数除以零是一个硬件异常的问题。

二·.那一旦出现硬件异常，进程一定会退出吗？

不一定，一般默认是退出，但是如果我们不进行退出，我们也不能进行任何操作，因为无权访问CPU中的寄存器数据。

三.为什么会发生死循环？

因为寄存器中的异常一直没有被解决，所以一般我们出现除0等错误，一般就直接exit()退出了。

指针越界、野指针一般被称为段错误 (11号信号SIGSEGV)

那如何理解野指针或越界问题？

1.都必须通过地址，找到目标位置，
2.语言上的地址，全部都是虚拟地址
3.将虚拟地址转化为物理地址
4.页表+MMU(Memmory Manager Unit——硬件)
5.野指针，越界->非法地址->MMU转化的时候，一定会报错。因为MMU这个硬件其中也有寄存器，注意，外设也有寄存器的，不只是CPU有寄存器。

结论：硬件也能产生信号。所有的信号，都有其来源，但最终全部都是被OS被识别、解释、发送的。