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linux信号(signal)详解

信号(signal)可以看作是进程级别的中断。(这样说主要是为了区别内核级别的硬件中断和软件中断)。它允许进程和内核中断其他进程。信号的功能当然就是发送通知事件了。

我们可以使用man 7 signal命令查看关于信号的详细信息。用命令kill -l直接查看所有的信号的number。

在版本的慢慢迭代下，linux的信号分为了两种:

1. 标准信号:信号值为1~31.如我们最常用的SIGINT的信号值为2。标准信号大多数都有自己的含义。比如SIGBUS表示总线错误，它由内核发送给进程。每个信号都有自己默认处理动作。下面是几种默认的处理动作:
   1. Term:终止一个进程。
   2. Ign :进程忽略此信号。
   3. Core:终止进程并转储内存.(转储内存(dumping core):指把代码和数据内存段的映像写到磁盘上.)。
   4. Stop:暂停(挂起)进程。
   5. Cont:继续运行一个当前被挂起的进程。
2. 实时信号:信号值为32~64(准确来说的范围应该SIGRTMIN~SIGRTMAX,)。由于版本迭代、移植方便等的原因,实时信号值的表示应该用SIGRTMIN+n(SIGRTMIN+n <= SIGRTMAX).和标准信号不同，系统没有指定每个实时信号具体的含义(默认动作为终止进程),一般由用户通过函数sigaction()或signal()设置自定义的处理动作。

标准信号与实时信号相比，标准信号不支持排队，所以信号可能会丢失。实时信号支持排队，信号不会丢失。什么是信号不排队？不排队信号为什么可能会丢失？简单说就像RTOS中的事件，一个事件用一个位表示，当这个事件已经发生但未处理之前，如果再发生此事件，就只能丢弃了(其实信号发生了2次,系统只能记录一次)。在这点上大家可以把标准信号和实时信号比作RTOS中的事件和信号量.

信号处理过程

我们必须要清楚的是信号的处理函数是在用户空间处理的(因为它是在用户空间编写的函数)。下面是信号处理的过程。

1. 先假设一个进程运行在用户态。此时由于调用了系统调用或者被中断而陷入了内核态。
2. 内核态中处理完相关任务后在返回用户态前，会检查是否有需要处理的信号。
3. 如果有需要处理的信号，且没有被阻塞。那么内核就在用户栈上创建一个层，然后跳入到用户态，执行信号的回调处理函数。
4. 执行完处理函数后，会再次进入内核态。
5. 在内核态中再次检测信号等工作。最后恢复原先程序的中断执行点，恢复到用户态(之前进程运行状态)。

信号处理过程图
在使用信号时，可以选择执行信号的默认动作。或者忽略此信号。或者设置信号的回调函数。

SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕获、阻止或忽略。

设置信号处理动作的函数如下：

1. sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)
   1. 描述：设置信号的处理动作。
   2. handler为用户自定义的回调函数指针，
   3. 当handler = SIG_IGN:设置为忽略此信号。
   4. 当handler = SIG_DFL:恢复为系统默认动作。
2. int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact)
   1. 描述：设置信号的处理动作。
   2. act:指定新的信号处理方式。详见man手册。
   3. oldact如果不为NULL,将保存先前的信号信息到oldact.

信号的触发

1. 用kill命令发送信号
   1. 描述:我们可以在shell使用此命令发送信号。
   2. eg:kill -9 111表示发送信号9(SIGKILL)给进程111。
   3. 负的pid表示向pid的进程组发送次信号。进程组中的每个进程都会收到此信号。如kill -9 -111.
2. 使用键盘按建发送信号
   1. ctrl+c:发送信号SIGINT给前台进程组中的每个进程。用来终止进程。
   2. ctrl+z发送信号SIGTSTP给前台进程组中的每个进程。用来挂起进程。
3. 用标准函数发送信号
   1. int kill(pid_t pid, int sig):
      1. 描述:向指定进程、指定进程组的所有成员或系统上的所有进程发送信号。
      2. 当pid>0:向pid进程发送信号sig.
      3. 当pid=0:向调用进程所在组中的每个进程都发送信号sig.
      4. 当pid=-1:将sig发送给调用进程有权发送信号的每个进程，进程1(init)除外。
      5. 当pid<-1:向|pid|进程组的所有进程发送信号sig.
      6. sig:要发送的信号。如果sig为0，则不发送信号，但仍然执行错误检查;这可用于检查进程ID或进程组ID是否存在。
   2. int killpg(int pgrp,int sig):
      1. 描述:向指定进程组的所有成员发送一个信号。
      2. 当pgrp>1:向指定进程组发送信号.
      3. 当pgrp=0:向调用进程组发送信号。
   3. raise(): 向调用线程发送一个信号。单线程时相当于kill(getpid(),sig),多线程时相当于pthread_kill(pthread_self(),sig).
   4. int pthread_kill(pthread_t thread, int sig): 向指定线程发送一个信号。
   5. int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value): 向指定的进程发送实时信号和相关数据。
   6. unsigned int alarm(unsigned int seconds)
      1. 描述:在seconds秒之后，向调用进程发送SIGALRM信号。

等待信号捕捉

下面的系统调用将挂起调用进程或线程，直到捕获到信号(或未处理的信号终止进程).

1. int pause(void): 挂起执行，直到捕捉到任何信号。
2. int sigsuspend(const sigset_t *mask): 临时更改信号掩码并挂起执行，直到捕获到一个未掩码的信号。

下面是一个最简单信号使用例程

#include "stdlib.h"
#include "stdio.h"
#include "signal.h"
#include "fcntl.h"
#include "sys/types.h"
#include "unistd.h"

void signal_handler(int num)
{
    printf("this is signal(%d) test.\n",num);
    exit(0);
}

int main(void)
{
    pid_t thisPid;

    signal(SIGINT,signal_handler);
    thisPid = getpid();
    printf("pid %d\n",thisPid);
    while (1);
    return 0;
}

其他与信号相关知识

以后再补充这里面的知识吧。

1. linux线程与信号
   1. 多线程共享所在进程的信号处理函数
   2. posix函数kill()/sigqueue()必须面向进程。而不是进程下某个特定的线程。
2. 阻塞和解除阻塞信号
   1. 隐式阻塞机制
   2. 显式阻塞机制
      1。 进程中的每个线程都有一个独立的信号掩码，它指示线程当前阻塞的信号集。线程可以使用pthread_sigmask()操作它的信号掩码。
3. 同步接受信号
   1. 不是通过信号处理程序异步捕获信号.可以同步地接受信号，也就是说，在发送信号之前一直执行阻塞，此时内核将向调用者返回关于信号的信息。
   2. sigwaitinfo(),sigtimedwait(),sigwait() 这三个函数将挂起执行，直到传递指定集合中的一个信号。每个调用都返回关于所传递信号的信息。
      前一直执行阻塞，此时内核将向调用者返回关于信号的信息。
   3. sigwaitinfo(),sigtimedwait(),sigwait() 这三个函数将挂起执行，直到传递指定集合中的一个信号。每个调用都返回关于所传递信号的信息。
   4. signalfd()返回一个文件描述符，该文件描述符可用于读取关于发送给调用者的信号的信息。每次从这个文件描述符中读取(2)都会阻塞，直到signalfd(2)调用中指定的集合中的一个信号被传递给调用者。read(2)返回的缓冲区包含一个描述信号的结构。

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