Linux进程信号

信号

• 信号概念：信号就是一个软件中断，它是用来通知某件事情的发生，打断当前操作，选择合适的时机，去处理信号。
• 信号功能：通知事件的发生

使用命令查看信号： kill -l

在Linux下，我们共有62种信号
1~31 ： 继Unix而来的非可靠信号，也叫非实时信号（信号有可能会丢失）
34~64 ：可靠信号 ，也叫实时信号（信号不会丢失）

信号的声明周期
产生->信号在进程种注册->信号在进程中的注销->信号处理

• 信号产生
• 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
• 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
  递达：递送并且到达进程。
  未决：产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

信号的处理方式:

• 执行默认动作
• 忽略(丢弃)
• 捕捉(调用户处理函数)
  Linux内核的进程控制块PCB是一个结构体，task_struct, 除了包含进程id，状态，工作目录，用户id，组id，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。
  阻塞信号集(信号屏蔽字)： 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。

信号的默认处理动作：

• Term：终止进程
• Ign： 忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)
• Core：终止进程，生成Core文件。(查验进程死亡原因，用于gdb调试)
• Stop：停止（暂停）进程
• Cont：继续运行进程
• 注意从man 7 signal帮助文档中可看到 :The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, orignored. 这里特别强调了9) SIGKILL 和19)SIGSTOP信号，不允许忽略和捕捉，只能执行默认动作。甚至不能将其设置为阻塞。

终端按键产生信号

• Ctrl + c → 2) SIGINT（终止/中断） “INT” ----Interrupt
  Ctrl + z → 20) SIGTSTP（暂停/停止） “T” ----Terminal 终端。
  Ctrl + \ → 3) SIGQUIT（退出）

硬件异常产生信号

• 除0操作 → 8) SIGFPE (浮点数例外) “F” -----float 浮点数。
  非法访问内存 → 11) SIGSEGV (段错误)
  总线错误 → 7) SIGBUS

kill函数/命令产生信号

• kill命令产生信号：kill -SIGKILL pid kill函数：给指定进程发送指定信号(不一定杀死)
  int kill(pid_t pid, int sig); 成功：0；失败：-1 (ID非法，信号非法，普通用户杀init进程等权级问题)，设置errno
  sig：不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致。
  pid > 0: 发送信号给指定的进程。 pid = 0: 发送信号给 与调用kill函数进程属于同一进程组的所有进程。 pid < 0: 取|pid|发给对应进程组。 pid = -1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程。

  进程组：每个进程都属于一个进程组，进程组是一个或多个进程集合，他们相互关联，共同完成一个实体任务，每个进程组都有一个进程组长，默认进程组ID与进程组长ID相同。

raise和abort函数

• raise 函数：给当前进程发送指定信号(自己给自己发) raise(signo) == kill(getpid(), signo);
  int raise(int sig); 成功：0，失败非0值 abort 函数：给自己发送异常终止信号 6) SIGABRT 信号，终止并产生core文件
  void abort(void); 该函数无返回

软件条件产生信号

• alarm函数 设置定时器(闹钟)。在指定seconds后，内核会给当前进程发送14）SIGALRM信号。进程收到该信号，默认动作终止。
  每个进程都有且只有唯一个定时器。 unsigned int alarm(unsigned int seconds);
  返回0或剩余的秒数，无失败。 常用：取消定时器alarm(0)，返回旧闹钟余下秒数。 例：alarm(5) → 3sec →alarm(4) → 5sec → alarm(5) → alarm(0)
  定时，与进程状态无关(自然定时法)！就绪、运行、挂起(阻塞、暂停)、终止、僵尸…无论进程处于何种状态，alarm都计时。

信号集操作函数

• 内核通过读取未决信号集来判断信号是否应被处理。信号屏蔽字mask可以影响未决信号集。而我们可以在应用程序中自定义set来改变mask。已达到屏蔽指定信号的目的。

信号集设定

• sigset_t set; // typedef unsigned long sigset_t;

• int sigemptyset(sigset_t *set); 将某个信号集清0 成功：0；失败：-1
  int sigfillset(sigset_t *set); 将某个信号集置1 成功：0；失败：-1
  int sigaddset(sigset_t *set, int signum); 将某个信号加入信号集 成功：0；失败：-1
  int sigdelset(sigset_t *set, int signum); 将某个信号清出信号集 成功：0；失败：-1
  int sigismember(const sigset_t *set, int signum);判断某个信号是否在信号集中 返回值：在集合：1；不在：0；出错：-1

  注：sigset_t类型的本质是位图。但不应该直接使用位操作，而应该使用上述函数，保证跨系统操作有效。

sigprocmask函数：用来屏蔽信号、解除屏蔽也使用该函数。其本质，读取或修改进程的信号屏蔽字(PCB中)，严格注意，屏蔽信号：只是将信号处理延后执行(延至解除屏蔽)；而忽略表示将信号丢处理。

• int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t
  *oldset); 成功：0；失败：-1，设置errno
• 参数：
  set：传入参数，是一个位图，set中哪位置1，就表示当前进程屏蔽哪个信号。
  oldset：传出参数，保存旧的信号屏蔽集。
  how参数取值： 假设当前的信号屏蔽字为mask

1. SIG_BLOCK: 当how设置为此值，set表示需要屏蔽的信号。相当于 mask = mask|set
2. SIG_UNBLOCK: 当how设置为此，set表示需要解除屏蔽的信号。相当于 mask = mask & ~set
3. SIG_SETMASK: 当how设置为此，set表示用于替代原始屏蔽及的新屏蔽集。相当于 mask = set若，调用sigprocmask解除了对当前若干个信号的阻塞，则在sigprocmask返回前，至少将其中一个信号递达。
   sigpending函数
   读取当前进程的未决信号集
   int sigpending(sigset_t *set); set传出参数。 返回值：成功：0；失败：-1，设置errno。

信号捕捉

signal函数

• 注册一个信号捕捉函数： typedef void (*sighandler_t)(int);
• sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
  该函数由ANSI定义，由于历史原因在不同版本的Unix和不同版本的Linux中可能有不同的行为。因此应该尽量避免使用它，取而代之使用sigaction函数。

sigaction函数

• 修改信号处理动作（通常在Linux用其来注册一个信号的捕捉函数）
  int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); 成功：0；失败：-1，设置errno
• 参数：
  act：传入参数，新的处理方式。
  oldact：传出参数，旧的处理方式。

struct sigaction结构体

 struct sigaction {
        void     (*sa_handler)(int);
        void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
        sigset_t   sa_mask; 
        int       sa_flags; 
        void     (*sa_restorer)(void);
    };
//  ① sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名(即注册函数)。也可赋值为SIG_IGN表忽略 或 SIG_DFL表执行默认动作
//	② sa_mask: 调用信号处理函数时，所要屏蔽的信号集合(信号屏蔽字)。注意：仅在处理函数被调用期间屏蔽生效，是临时性设置。
//	③ sa_flags：通常设置为0，表使用默认属性。	

信号捕捉特性

1. 进程正常运行时，默认PCB中有一个信号屏蔽字，假定为☆，它决定了进程自动屏蔽哪些信号。当注册了某个信号捕捉函数，捕捉到该信号以后，要调用该函数。而该函数有可能执行很长时间，在这期间所屏蔽的信号不由☆来指定。而是用sa_mask来指定。调用完信号处理函数，再恢复为☆。
2. XXX信号捕捉函数执行期间，XXX信号自动被屏蔽。
3. 阻塞的常规信号不支持排队，产生多次只记录一次。（后32个实时信号支持排队）

内核实现信号捕捉过程

上图出自ULK。此图清楚的说明了内核是如何实现信号的捕捉过程的，值得我们注意的是，内核处理完信号处理函数之后还要执行特殊的系统调用sigreturn在此返回内核，而不是直接结束。