linux进程信号 ─── linux第27课

发布于：2025-04-01 ⋅ 阅读:(18) ⋅ 点赞:(0)

在 Linux 系统中，信号（Signals） 是一种进程间通信（IPC）机制，用于通知进程发生了某种事件或请求进程执行特定操作。

  • 你怎么能识别信号呢？识别信号是内置的，进程识别信号，是内核程序员写的内置特性。
  • 信号产⽣之后，进程知道怎么处理吗？知道。如果信号没有产生，你知道怎么处理信号吗？ 知道。所以，信号的处理方法，在信号产⽣之前，已经准备好了。
  • 处理信号，立即处理吗？进程可能正在做优先级更高的事情，可能不会立即处理？什么时候？合适的时候。
  • 信号到来 | 信号保存  |  信号处理
  • 怎么进行信号处理啊？a.默认行为 b.忽略信号 c.⾃定义行为， 后续都叫做信号捕捉。

前台进程和后台进程

./precess  在前台启动的前台进程                  关闭方法:ctrl+c     杀死前台进程                                   

./process &  在后台启动的后台进程

两种关闭方法: 1.再启动一个窗口 ,查询process的pid ,使用kill -9 pid杀死进程process

                        2.首先启动时使用  nohup ./process &   是将process的输出写在在nohup.out文件中,但也是后台启动

之后使用 fg 1                           (1 是process的作业号)是将process改为前台进程 

最后使用ctrl +c

上面的ctrl+c 实际上是OS发送2号信号SIGINT给进程process ,2号信号是终止进程

ctrl+\ 是发送3号信号SIGQUIT ,也是终止进程

查看信号

kill -l  //查看linux中的常见信号

1号信号到32号信号都是普通信号(我们要学的) 

查看信号的具体作用

man 7 signal    //查看信号手册

其中Core和Term都是退出

Core VS Trem

Trem是正常终止进程（允许进程自行清理）

优雅终止（graceful termination）：通知进程自行清理资源后退出。

Core被称为核心转储，终止进程的同时生成了 core dump 文件（记录进程崩溃时的内存状态，用于后续调试）

但是云服务器默认关闭了这个功能 ，需要系统配置才能打开此功能。

打开Core file的方法

前面进程等待时，子进程的退出时的退出信息，[7]就是core dump标志

如果子进程退出是因为执行了core且core被打开 ，这个标志位会被置为1

使用Core file

当代码量太多了，找不到哪里出了问题 core file 可以帮助我们调试程序崩溃原因

使用Core file过程

1.先将core file文件打开 

2.编译可执行程序时加上 -g 

3.运行可执行程序，结果崩了

4.使用gdb调试

gdb 可执行程序名称

5.在gdb中 输入 core-file core文件名

信号捕捉和更改信号的处理动作

信号也可以被捕捉,使用系统调用signal 

signal只需要设置一次 ,但凡有对应的信号输入 就会被捕捉到.

捕捉到对应信号后 , 会执行第二个参数的方法,相当于改变了原先信号的执行方法

31个信号中 ,有几个信号无法被捕捉 如:9号信号

NAME
 signal - ANSI C signal handling

SYNOPSIS
     #include <signal.h>
     typedef void (*sighandler_t)(int);
     sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

参数说明：
    signum：信号编号
    handler：函数指针，表⽰更改信号的处理动作，当收到对应的信号，就回调执⾏handler⽅法

        signal函数仅仅是设置了特定信号的捕捉行为处理方式，并不是直接调用处理动作。如果后续特定信号没有产生，设置的捕捉函数永远也不会被调⽤！！

        前台进程在运⾏过程中⽤⼾随时可能按下 Ctrl-C ⽽产⽣⼀个信号,也就是说该进程的⽤ ⼾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。

使用信号捕捉,验证上面ctrl+c  OS是发送的信号是2号信号

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void handler(int signum)
{
    std::cout << "我是" << getpid() << "捕捉到信号:" << signum << std::endl;
}

int main()
{
    ::signal(2,handler);     //signal设置一次即可
    while (true)
    {
        std::cout << "hello linux signal" << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

信号的发送和接受

  • 一切信号都是由OS发送给进程    因为OS是进程的唯一管理者
  • 信号的接受方都是进程
  • 常见信号有31个 ,进程的PCB中有一个位图,进程收到n号信号就将第n位位图由0置1 ,且进程还有一个信号函数指针数组,   
  • 两者对应关系: 第n信号的执行方法 = 信号函数指针数组[n-1]

信号的产生

1.键盘输入产生信号

例如:ctrl+c 就是从键盘产生2号信号  ,OS将信号发送给进程

问题: 但是OS怎么知道键盘输入数据了? 

        硬件中断

        硬件中断（Hardware Interrupt） 是由硬件设备触发、通过硬件电路实现的机制，但其处理过程需要软件（操作系统内核）配合

        硬件中断: 键盘被按下后 ,键盘发送了硬件中断给CPU ,CPU收到后会通知OS向键盘拷贝键盘数据

2.系统指令产生信号

kill -9 pid   //产生了9号信号

3.系统调用产生信号

能发信号的系统调用  kill raise abort

kill不仅仅是指令 ,也是系统调用

raise 给调用此系统调用的进程发信号   相当于 kill (getpid() , signo)

abort 给进程发送6号信号  相当于  kill(getpid() ,6)

abort() 函数会向当前调用进程发送 SIGABRT 信号（6号信号），默认行为是终止进程并生成核心转储（core dump）

4.软件条件产生信号

eg: 管道读端关闭 ,就产生13号信号 ,由OS发送给写端进程,杀死写端进程

eg: alarm 闹钟时间到了 ,OS发送14号进程给调用alarm的程序

  alarm() 是 Linux/Unix 系统中的一个系统调用，用于设置一个定时器，在指定的秒数后向当前进程发送 SIGALRM（14号信号）。默认情况下，SIGALRM 会终止进程，但可以通过信号处理函数自定义行为。

返回值：

  • 返回之前定时器的剩余时间 ,响了返回0,没响返回剩余几秒

  • alarm(0)是取消闹钟 ,返回值是剩余几秒

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>


int number = 0;

void die(int signumber)
{
    printf("get a sig : %d, count : %d\n", signumber, number);
    exit(0);
}

int main()
{
    // 统计我的服务器1S可以将计数器累加多少！
    alarm(1); // 我自己，会在1S之后收到一个SIGALRM信号

    signal(SIGALRM, die);

    while (true)
    {
        number++;
    
    }


}

执行结果

取消闹钟 alarm(0)

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>


int number = 0;

void die(int signumber)
{
    printf("get a sig : %d, count : %d\n", signumber, number);
    exit(0);
}

int main()
{
    // 统计我的服务器1S可以将计数器累加多少！
    alarm(10); // 我自己，会在10S之后收到一个SIGALRM信号

    sleep(4);

    int n = alarm(0); // 0:取消闹钟
    std::cout << "n : " << n << std::endl;

    signal(SIGALRM, die);

    while (true)
    {
        number++;
    }

   
}

这里已经取消闹钟,进程不会收到14号信号,会一直执行

5.异常产生信号

野指针访问   /=0操作  都会引发信号的产生

下面演示/=0导致异常发送信号

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include<vector>
#include<functional>

void handler(int signum)
{
    std::cout << "我是" << getpid() << "捕捉到信号:" << signum << std::endl;
}

int main()
{
    signal(8 ,handler);
    int a =10;
    a/= 0;
    while(true);
}

这个执行结果为什么是死循环?

        上面的代码,将8号信号捕捉了,自定义的行为也没有退出进程 ,进程还在继续 ,为什么一直打印呢?

        因为有众多其他进程等着执行 ,此进程时间片结束后OS将此进程在cpu寄存器上的信息记录切换其它进程 ,等OS把这个进程切回来一看 ,cpu中的寄存器还是溢出状态就还发送8号信号,一直如此

信号保存

知识补充：

信号捕捉到后三种处理结果   

  1. signal(signum ,SIG_DFL)   使用信号默认行为  不用signal捕捉 ，信号就是默认行为
  2. signal(signum ,SIG_IGN)   使用忽略信号行为  捕捉到信号，忽略信号（什么也不做）
  3. signal(signum ,handler )   使用自定义行为

SIG_DFL  SIG_IGN是宏

  • 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（也就是产生了还未实现）,称为信号未决(Pending)。
  • 进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。
  • 阻塞也可以称为屏蔽
  • 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.（信号产生 ，就会将信号保存（pending），如果信号被阻塞 ，就不会递达，直到阻塞解除）
  • 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。

在内核中的表示

信号在内核中的示意图

进程的PCB中有三张表（位图）

三个位图的比特位的位置对应的就是信号的编号（暂时只关心1 到31号信号）

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。

block表：   信号是否阻塞表   1/0  代表该信号是/否阻塞

pending表：信号是否保存表 1/0  代表进程是/否收到该信号

handler表： 信号函数指针表 1/0  代表该信号的函数指针   

signal本质就是改变了进程中handler表中的函数指针（SIG_DFL 或 SIG_IGN 或 自定义函数指针） 例如：signal（2 ，handler）

  • 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,它的处理动作是⽤⼾⾃定义函数 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。这里不讨论实时信号。

这张图是linux内核的代码 ，从中我们可以看出进程的PCB中关于信号的三张表最底层都是sigset_t

sigset_t（信号集）

从上图来看,每个信号只有⼀个bit的未决标志, ⾮0即1, 不记录该信号产⽣了多少次,阻塞标志也是这样表示的。

因此, 未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储 ,sigset_t称为信号集，这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态, 在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号 是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask) 这⾥的“屏蔽” 应该理解为阻塞⽽不是忽略。

信号集操作函数（对sigset_t进行增删查改）

上面的三张表属于进程的内核数据结构，OS不允许用户直接使用，OS提供了系统调用接口用来访问，但是我们发现三张表本质都是信号集，我们想改变三张表，需要先使用信号集操作函数将我们想要的信号集创建 ，再使用修改三张表的sys call去改变三张表

（原因是三张表的sys call函数参数需要传sigset_t ，是将表中的sigset_t 整体改变，我们要先将sigset_t设置好）

构建sigset_t 的函数

sigemptyset  功能：初始化一个空的信号集（清空所有信号）

sigset_t set;
sigemptyset(&set); // 清空set，不包含任何信号

sigfillset 功能：初始化一个包含所有信号的信号集（填充所有支持的信号）

sigset_t set;
sigfillset(&set); // set包含所有系统支持的信号

sigaddset 功能：向信号集中添加一个指定的信号

sigaddset(&set, SIGINT); // 将SIGINT添加到set中

sigdelset 功能：从信号集中删除一个指定的信号。

sigismember 功能：检查某个信号是否在信号集中。

                      返回值：1：信号在集合中。0：信号不在集合中。 -1：错误（如无效信号）。

注意：在使⽤sigset_t类型的变量之前,⼀定要调⽤sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于 确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调⽤sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删 除某种有效信号。

更改进程关于信号的内核数据结构（三张表）的函数

sigprocmask 读取或更改进程的block表

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)。

假设当前的信号屏蔽字（block表）为mask,下表说明了 how参数的可选值。

set是我们创建好的sigset_t   oldset是老的sigset_t

如果调⽤sigprocmask解除了对当前若⼲个未决信号的阻塞,则在sigprocmask返回前,⾄少将其中⼀ 个信号递达。

sigpending  获取进程的pending表

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

set为输出型参数

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