Linux: 进程信号初识

目录

一 前言

二 信号的感性认识

三 信号处理常见方式

四 系统信号列表

 五 信号的保存

六 信号的产生

1. 通过终端按键产生信号 

2. 通过系统调用向进程发送信号

 3. 硬件异常产生信号

4. 软件条件产生信号 

---

一 前言

  在Linux操作系统中，进程信号是一个非常重要的概念。我们在前面的文章中已经见识过了进程信号了，比如我们在进程的一章中，尝试过向进程发送9号信号来终止进程（kill -9 pid）。所以对于用户来说，我们可以通过向进程发送特定的信号使得进程完成某些指定的动作。

---

二 信号的感性认识

我们在看到红灯的时候就知道需要停下，看到绿灯的时候就知道可以通过，那为什么我们在接收到这种信号之后，就知道做出相应的动作呢？这是因为我们能识别出不同的灯对应的含义，所以我们一旦接收到信号，就知道该怎么做了。

如同生活中的信号，Linux中的信号也是这样的，我们在给进程发送信号的时候，这个信号一定是进程能识别的，且具有一定含义，这样进程才能做出相应的行为。所以

• 在进程收到信号前，它就有着处理信号的能力
• 无论有没有接收到信号，进程都需要有识别信号的能力
• 无论有没有接收到信号，进程都需要有着处理信号的能力，即需要该信号表示的含义或者功能。

---

三 信号处理常见方式

生活中，我们是如何处理信号的？举个快递的例子，快递员给你打电话说快递到了让你去取，此时一般会有以下几种处理方式：

1. 立即去取
2. 由于手头有事，让快递员等一下再去取
3. 暂时走不开，让快递员将快递放在固定点自己找时间去取

即在快递到的时候，我们大概率是在忙着的，也就是说快递到了这件事和我们当前的状态是异步发生的。

事实上，进程信号也是一样的，我们在给进程发送信号的时候，是异步通知的。进程在收到信号的时候大概率是在忙的，所以进程此时就可以选择对信号处理方式

1. 执行该信号的默认处理动作。
2. 忽略此信号。
3. 接收到信号，自定义处理，即用户接收到信号之后，自定义信号的处理动作

---

四 系统信号列表

用   kill -l   命令可以察看系统定义的信号列表

 可以看到系统一共存在着64种信号，其中1~31号都是普通的进程信号，34~64都是属于实时信号。实时信号即是要 立即处理 的信号，而普通信号不需要立即处理。 这些信号在使用的时候，可以直接使用各信号前面的数字，也可以使用信号字母。事实上，这些信号都是宏，这些宏都是定义在  signum.h 的头文件中。

---

 五 信号的保存

我们知道信号是发给进程的， 而进程要保存信号，那么应该保存在哪里？

我们知道每一个进程的创建，系统都会为它维护一个PCB，里面存储着有关于进程的各种信息，那么是不是有关于进程的信号也应该存储在里面呢，是的。其实，进程信号就是系统通过修改PCB中的数据来打到向进程发送信号的目的。在每个进程的PCB中都描述着一个记录进程信号的 位图 ，当向进程发送信号时，操作系统就会在进程信号位图的指定位置写入1，指定位置的数据变成了1，就说明已经写入了相应的信号，即进程就已经接收到了相应的信号。

发送信号的本质：修改PCB中的信号位图。

---

六 信号的产生

• 通过终端按键产生信号 
• 通过系统调用向进程发送信号
• 硬件异常产生信号
• 软件条件产生信号

1. 通过终端按键产生信号 

我们接下来写一个小测试：

 运行结果

✍我们通过 Ctrl +C 使得一个进程退出。 本质上 Ctrl +C是一个组合键----->OS------->OS将

Ctrl +C 解释成2信号。相应的进程内核结构位图第二号比特为变为1，但是此时信号并不会立刻处理，我们看到的Ctrl +C 进程就立马退出了，那是我们肉眼所看，实际cpu速度很快，信号并不会立马处理。我们并没有对信号做任何处理，那么2号信号就会进行默认处理。

如何查看信号的默认动作呢？ 我们可以通过 man 7  signal 手册进行查看

如何证明  Ctrl +C 就是2号信号呢，我们可以通过系统调用函数 sighal() ,当收到我们指定信号的时候，会调用我们设置的回调函数执行对应的动作。

🍊 系统调用函数 signal()

 

 运行结果

我们要想使得进程退出，可以使用 kill  9 PID

🌾:除了快捷键 ctrl +c 之外。ctrl +\ 也可以使得进程退出 

 

2. 通过系统调用向进程发送信号

㊀： kill

接下来我们写一个测试来进行系统调用向进程发生信号

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <cstdio>
#include <stdlib.h>
//mysignal.cpp
static void Usage(const std::string & proc)
{std::cout<< " Usage: "<<proc<<"pid sighno"<<std::endl;
}
// ./myprocess pid signo
int main(int argc, char* argv[])
{//2.系统调用向进程发送信号if(argc != 3){Usage(argv[0]);exit(1);}pid_t pid =atoi(argv[1]);int signo =atoi(argv[2]);//将字符串转换成整型int n=kill(pid,signo);if(n !=0){perror("kill");}
}

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
//mytest.cpp
int main()
{while(true){std::cout<<"我是一个正在运行的进程:pid"<<getpid()<<std::endl;sleep(1);}
}

makefile///
.PHONY:all
all: mysignal mytestmytest:mytest.cppg++ -o $@ $^ -std=c++11
mysignal:mysignal.cppg++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:rm -f mysignal mytest

测试结果：

🍎：从这个测试中我们可以认识到，向目标进程发信号，不一定要通过键盘热键，还可以通过系统调用接口。上述测试可以认为我们自主实现了kill 命令。 

㊁：raise() 

上述的kill()接口可以给任意进程发生信号，而raise()接口只能给自己发送信号。 

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <cstdio>
#include <stdlib.h>static void Usage(const std::string & proc)
{std::cout<< " Usage: "<<proc<<"pid sighno"<<std::endl;
}
// ./myprocess pid signo
int main(int argc, char* argv[])
{int cnt=0;while(cnt<=10){printf("cnt: %d\n",cnt++);sleep(1);if(cnt>=5){raise(3);//向自己发送3号信号结束进程。}}}

测试结果： 

 ㊂：abort()

abort()给自己发送指定信号（SIGABRT）。

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <cstdio>
#include <stdlib.h>
static void Usage(const std::string & proc)
{std::cout<< " Usage: "<<proc<<"pid sighno"<<std::endl;
}
// ./myprocess pid signo
int main(int argc, char* argv[])
{int cnt=0;while(cnt<=10){printf("cnt: %d\n",cnt++);sleep(1);if(cnt>=5){abort();//向自己发送3号信号结束进程。}}
}

🍏： 关于信号处理行为的理解：进程收到大部分的信号，默认处理动作都是终止进程，既然大多数信号处理动作都是终止进程，为什么还有那么多的信号呢？这是因为信号的不同，代表不同的事件，但是对事件发生之后处理的动作可以一样。

 3. 硬件异常产生信号

信号产生不一定非要用户显示发送，操作系统内部也可以发送信号。

int main(int argc, char* argv[])
{std::cout<<"我在运行中..........."<<std::endl;sleep(1);int a=20;a/=0;
}

接下来我们通过 kill -l 来查看对应的信号编号

 再然后我们通过 man 7 signal 手册来查看SIGFPE信号对应的信息，其中Action中有 Core 和

Term ,两者都是终止进程，但是有区别，我们后续再进行说明。

 我们如何证明 Floating point exception 对应的就是8信号呢，接下来我们写个测试，来捕捉除0错误时，系统发来的信号是8信号。

void catchSig(int signo)
{std::cout<< "获取到一个信号，信号编号是： "<<signo<<std::endl;
}int main(int argc, char* argv[])
{//如果没有/0错误，这个函数不会进行调用signal(SIGFPE,catchSig);std::cout<<"我在运行中..........."<<std::endl;sleep(1);int a=20;a/=0;
}

 运行结果：

 🍈：1.OS是如何得知给当前进程发送8号信号的？ OS怎么知道我们除0错误了呢？

          2.我们只进行了一次除0，为什么系统一直给我们发送8信号?

1. OS是如何得知给当前进程发送8号信号的？ OS怎么知道我们除0错误了呢？

 OS----->cpu运算异常--------->OS必须知道（OS是软硬件资源的管理者）----->OS向进程发送异常信号。

 2.我们只进行了一次除0，为什么系统一直给我们发送8信号?

我们在当前进程进行信号捕捉的时候自定义了信号行为，即进程收到信号并不会退出，既然没有退出，那么进程就还会再被调度。CPU内部只有一份寄存器，CPU再进行运行的时候会进行多个进程切换，也就是说/0这个进程会被调度多次，所以OS就会发送无数次8信号。

4. 软件条件产生信号 

例如管道问题，当管道读端关闭，写端一直写的时候，系统会发送信号终止进程，这个信号是由软件条件（读端关闭，写端一直写）触发的，与硬件无关了，所以叫软件条件产生信号

软件产生的信号通常是指在计算机系统中，操作系统或应用程序通过特定的事件、错误情况或者编程接口（API）调用而触发的一种通知机制。这些信号可以用来通知进程发生了某些特定事件，例如用户请求终止一个进程、硬件异常（如分母为 0 的除法），定时器到期等。

 SIGALRM 是一个软件产生的信号，我们可以在程序内调用 alarm()（alarm闹钟的意思） 接口来设置闹钟。等到“闹钟”响的时候，系统就会向进程发送 SIGALRM 信号（编号14），此信号的默认处理方式为终止进程。

alarm()

 测试：

int main(int argc, char* argv[])
{//4.软件条件alarm(1);//设置了一秒闹钟，当程序运行1秒之后，程序退出。int cnt=0;while (true){std::cout<< "cnt: "<<cnt++<<std::endl;}
}

---