Linux_进程信号 | 易学教程

1、信号基础

技术应用角度的信号

用户在Shell下输入命令启动一个前台进程
用户按下ctrl+c，此时键盘输入产生一个硬件中断，被操作系统获取并解释成信号，发送给目标前台进程
前台进程接收到信号后，进程执行退出

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

using namespace std;

int main()
{
	while(1)
	{
		cout<<"Process running, Waiting a signal!"<<endl;
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

在这里插入图片描述

ctrl+c产生的信号只能发给前台进程。一个命令后面加&可以放到后台运行，这样Shell不必等待进程结束就可以接收新的命令，启动新进程
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收ctrl+c这种控制键产生的信号
前台进程运行过程中用户随时可能按下ctrl+c而产生一个信号，说明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的

信号的概念

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断

kill -l #查看系统定义的信号列表

在这里插入图片描述

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
编号34以上的是实时信号（man 7 signal）

常见信号处理方式

忽略信号
执行该信号默认处理动作
提供一个信号处理函数，要求内核在处理信号时切换到用户态执行这个处理函数，称为捕捉一个信号

2、产生信号

（1）通过终端按键产生信号
SIGINT（ctrl+c）的默认处理动作是终止进程。
SIGQUIT（ctrl+\）的默认处理动作是终止进程并且核心转储(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，这叫做核心转储(Core Dump)，帮助开发者进行调试，在程序崩溃时把内存数据dump到硬盘上，让gdb识别。
在这里插入图片描述
（2）调用系统函数向进程发信号
后台执行死循环程序，然后用kill命令发送以下信号

kill -SIGSEGV PID
#kill -11 PID

在这里插入图片描述

kill命令是由kill函数实现的
kill函数可以给一个指定的进程发送一个指定信号
raise函数可以给当前进程发送一个指定信号

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
int raise(int sig);
//成功返回0，失败返回-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);

（3）由软件条件产生信号
SIGPIPE信号是一种由软件条件产生的信号。
SIGALRM信号默认处理动作是终止当前进程。

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
//返回值为0或闹钟设定事件余下的秒数

调用alarm函数可以设定一个闹钟，告诉内核在多少秒后给当前进程发SIGALRM信号。

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

using namespace std;

int main()
{
	int count = 1;
	alarm(1);
	while(1)
	{
		cout<<"count = "<<count<<endl;
		count++;
	}
	return 0;
}

在这里插入图片描述
（4）硬件异常产生信号

硬件异常被硬件以某种方式检测并通知内核，内核向当前进程发送适当的信号
在C/C++中除0、内存越界等异常，在系统层面上是被当作信号处理的

信号捕捉

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

using namespace std;

void handler(int sig)
{
	cout<<"catch a sig:"<<sig<<endl;
}

int main()
{
	signal(2, handler);//信号捕捉函数
	while(1);
	return 0;
}

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模拟野指针异常

//正常情况
#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
	int *p = NULL;
	*p = 100;
	while(1);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

//捕捉异常
#include<iostream>
#include<signal.h>

using namespace std;

void handler(int sig)
{
	cout<<"catch a sig:"<<sig<<endl;
}

int main()
{
	signal(SIGSEGV, handler);
	int *p = NULL;
	*p = 100;
	while(1);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
3、阻塞信号

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，才执行递达动作

信号在内核中的表示
在这里插入图片描述

每个信号都有两个标志位，分别表示阻塞和未决，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，直到信号递达才解除该标志
上图中SIGHUP信号未阻塞过也未产生过，当他递达时执行默认处理动作
上图中SIGINT信号产生过，但被阻塞，所以暂时不能递达，虽然处理动作是忽略，但是在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号
上图中SIGQUIT信号未产生过，一旦产生将被阻塞，处理动作是进入用户空间执行用户自定义函数
常规信号在递达之前产生多次只记一次，实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里

4、捕捉信号

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：
在这里插入图片描述

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。（a）
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。（b）
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。（c）
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。（d）
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。（e）

信号捕捉函数signal

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

可重入函数

由于硬件中断而导致的一个函数被不同控制流程调用，有可能在第一次调用还没返回时就再次进入该函数，称为重入。一个函数会因重入而导致错乱，称此函数为不可重入函数，反之称为可重入函数。如果一个函数符合以下条件之一是不可重入的：

调用了malloc或free，因为malloc采用全局链表来管理堆
调用了标准I/O库函数，因为标准I/O库函数很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构

来源：CSDN

作者：_NoBug_

链接：https://blog.csdn.net/qq_41245381/article/details/104030598

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