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目录

信号的概念

信号的种类:

kill -l 命令可以查看信号列表

man 7 signal 查看信号详细内容

信号的产生

补充知识 Core Dump(转储内存)

补充知识:与信号相关的数据结构

对于不可靠信号

接收信号

信号的处理:

阻塞信号集:

未决信号集:

信号的捕获:

这里为了帮助理解,展了一段存在bug的代码:

运行结果:

结语

参考的文章

参考的书籍

信号的概念

在计算机科学中，信号是Unix、类Unix以及其他POSIX兼容的操作系统中进程间通讯的一种有限制的方式。它是一种异步的通知机制，用来提醒进程一个事件已经发生。当一个信号发送给一个进程，操作系统中断了进程正常的控制流程，此时，任何非原子操作都将被中断。如果进程定义了信号的处理函数，那么它将被执行，否则就执行默认的处理函数。(摘自百度百科)

特别强调对异步和中断理解:因为信号是异步的，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。

信号的种类:

kill -l 命令可以查看信号列表

man 7 signal 查看信号详细内容

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
Linux信号机制基本上是从Unix系统中继承过来的。早期Unix系统中的信号机制比较简单和原始，后来在实践中暴露出一些问题，因此，把那些建立在早期机制上的信号叫做"不可靠信号"，信号值小于SIGRTMIN(在我的机器里SIGRTMIN=34，SIGRTMAX=64)的信号都是不可靠信号。这就是"不可靠信号"的来源。
关于可靠信号和不可靠信号

信号的产生

按键产生，如：Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+\
系统调用产生，如：kill()、raise()、abort()
软件条件产生，如：定时器alarm()、pause()
硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
命令产生，如：kill命令

上面的一些函数或命令都对百度百科进行了超链接,如果还有疑问,可以参考《unix 环境高级编程[第10章]》

补充知识 Core Dump(转储内存)

wait()和waitpid()，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。 status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图:

关于wait()和waitpid()所返回相关的宏
linux中core dump开启使用教程

我们可以通过位运算,也可以通过宏来得到我们需要的信息,具体代码如下

#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main(void)
{
    pid_t pid;
    if ((pid = fork()) == -1)
        perror("fork"), exit(1);
    if (pid == 0)  //child
    {
        sleep(4);
        int a=13/0; //故意写错,让程序异常退出
        exit(0xFF);
    }
    else
    {
        int st;
        int ret = wait(&st);
        // if(ret > 0 &&WIFEXITED(st) )  WIFEXITED(st)进程正常退出为真,和下面等价
        if (ret > 0 && (st & 0X7F) == 0)
        { // 正常退出
            printf("正常退出\n");
            printf("宏:st:%p child exit code:%d sig code : %d     \n",st,WEXITSTATUS(st),WTERMSIG(st));
            printf("移位运算:st:%p child exit code:%d sig code : %d\n",st,(st >> 8) & 0XFF,st & 0X7F);
            printf("core文件是否产生:%d,core dump 标志是:%d\n",WCOREDUMP(st),st & 0X80);

        }
        else if (ret > 0)
        { // 异常退出
            printf("异常常退出\n");
            printf("宏:st:%p child exit code:%d sig code : %d     \n",st,WEXITSTATUS(st),WTERMSIG(st));
            printf("移位运算:st:%p child exit code:%d sig code : %d\n",st,(st >> 8) & 0XFF,st & 0X7F);
            printf("core文件是否产生:%d,core dump 标志是:%d\n",WCOREDUMP(st),st & 0X80);
            //core会输出128,因为它刚好在第8位 ,即0X80
        }

    }
}

运行结果:

补充知识:与信号相关的数据结构

具体一点是这样子(图片来源)

然后我们再画简单点

对于不可靠信号

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。
SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。
SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,将如何处理?POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。

接收信号

信号的处理:

执行默认动作
忽略(丢弃)
捕捉(调用户处理函数)

阻塞信号集:

将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽x信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后(解除屏蔽后)。

未决信号集:

信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为0。这一时刻往往非常短暂。
信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。

介绍了这么多知识,现在我们来对信号再进行一个捕获

信号的捕获:

如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号。由于信号处理函数的代码是在用户空间的,处理过程比较复杂,举例如下: 用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler。当前正在执行 main函数,这时发生中断或异常切换到内核态。在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号 SIGQUIT递达。内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行,而是执行sighandler函数,sighandler 和main函数使用不同的堆栈空间,它们之间不存在调用和被调用的关系,是两个独立的控制流程。 sighandler函数返回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态。如果没有新的信号要递达,这次再返回用户态就是恢复 main函数的上下文继续执行了。

这里为了帮助理解,展了一段存在bug的代码:
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void handler1(int sig){
    int olderrno=errno;
    pid_t child=waitpid(-1,NULL,0);
    if(child<0)
        fprintf(stderr,"    waitpid error");
    printf("    Handler reaped child %d\n",(int)child);
    sleep(1);
    printf("%s\n",strerror(olderrno));  
}

int main(){
    /*第一个参数 是信号名       SIGHLD 在一个进程终止或者停止时，将SIGCHLD信号发送给其父进程，按系统默认将忽略此信号，
                            如果父进程希望被告知其子系统的这种状态，则应捕捉此信号。
    第二参数是信号处理函数  其中 常量SIG_IGN代表忽略 SIG_DFL代表 按系统默认动作 */  
    
    //返回值 若成功,返回以前的信号处理配置; 若出错,返回 SIG_ERR
    if(signal(SIGCHLD,handler1)==SIG_ERR)   //对信号进行捕获
    
        fprintf(stderr,"signal error");
    
    //创建子进程
    int i=0;
    for(i=0;i<3;i++){
        if(fork()==0){ //child
            printf("Hello i am child %d\n",(int)getpid());
            exit(0);
        }
    }
    //父进程运行
    printf("Hi i am parent %d\n",(int)getpid());
    while(1)
        ;
    exit(0);
}

运行结果:

这里我们注意到尽管发送了3个SIGCHLD信号给父进程,但其中只有两个信号被成功接收了,因此父进程只回收了两个子进程.而子进程31288则成为了一个僵尸进程.

那么是哪里出错了呢?这段代码来源《深入理解计算机系统(第8章图8-36)》

结语

本文也仅仅是对信号的一个浅谈,意在先树立一个大的框架,希望对读者能有所帮助,作者本人也在一路学习的过程中,很多细节由于自身经验和时间的原因,并没办法给读者细细道来,但是本文所参考的文章和书籍均会在文末放上链接,当然我也很欢迎读者如果有问题可以私信于我或在底下评论,我也会很乐意分享我的见解.

这些是我们没有细细讨论的内容,其实每一个函数都很有意思,这边再次推荐一下这本好书《UNIX环境高级编程》,当然还有《深入理解计算机系统》

参考的文章

Linux应用与网络编程 - 随笔分类(第2页) - 浅墨浓香

Linux - 信号 | C++ 全栈知识体系

可靠信号与不可靠信号 - wsw_seu - 博客园

linux 信号处理六（全） - 走看看

参考的书籍

《深入理解计算机系统》

《UNIX环境高级编程》