Linux小黑板(10):信号

我们写在linux系统环境下写一个程序，唔，"它的功能是每隔1s向屏幕打印'hello world'。"

这时，我们在键盘上按出"Ctrl + C"后,进程会发生什么？？

我们清晰地看到，进程已经在我们按出"Ctrl + C"后，进程退出了。那为什么会出现这个现象呢？？是什么引发了当前运行的前台进程退出呢？

那么我们也就不卖关子了，"Ctrl +C"是一个组合键，作用就是向当前进程发送2号信号。

那么什么是信号呢？信号是如何产生的呢？进程收到信号后的处理动作又是什么呢？

-----前言

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一、认识信号

我们在日常生活中，时常都会与信号打交道。例如，在学校听到铃声，在公路上看到红绿灯，但是如果我们从没有上过学，或者从没有去过公路，我们压根不知道出现眼前这种情况，我们的对应动作是什么。因此，我们对信号的认识在于,"识别信号，行为产生"，不仅仅是在于能够看到，能够知道这种情况下，是给我是遇到信号了，并且我还需要知道学校铃声响起，我就该上课或者下课了，红灯亮起，此时就不应该在将脚迈上公路。

为什么进程需要信号呢？

我们从识别信号到行为产生，首先就需要有人告诉你这是什么信号，面对这样的信号你要做出的行为是什么？"这是红绿灯"，"绿灯行红灯停"。唔，这很符合当下，是你通过学习交通知识得出的，并且你会将其信号翻译成形如上述的形式(如果你仍持有人类该有的理性)。这总比让一位主持交通管理的执行员扯着嗓门、比划着让哪路上的行车停止，哪路上的行车启动的行为要方便很多……

当你使用"Ctrl + C"组合热键时，你如何知道该进程收到了什么样的信号呢？你说，是2号信号(你前文说过)。那如果是"Ctlr+Z"组合键呢？恐怕，你只会抓耳挠腮地喃喃信号此时并非很吃香，因为你并不认识该信号，也就更不会有行为的产生。由此，识别信号其实是有成本的。

进程识别信号的本质，与我们识别信号的行为是一致的—— "识别信号，行为产生"。

Linux中信号宏定义:

/usr/include/bits/signum.h

Linux中的信号集:

kill -l 查看
[1,31]:普通信号
[34,64]:实时信号

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二、信号产生

(1)信号产生的方式

键盘发送:

在了解了什么是信号后，我们现如今把目光聚焦到信号是如何产生的问题上来。例如，前文常提的两个组合键 "Ctlr +C" , "Ctrl + Z"，Linux命令行就会从键盘上获取这两个组合键，并把它们解释为信号，发送给当前进程。

硬件异常:

我们举例一个除0操作的错误代码，并且用核心转储查看。

core-file + 形成的核心转储的文件

我们知道，该进程执行除0操作时收到了信号8。

如何理解除0错误？

如何理解未初始化指针解引用？

我们对一个未完成赋值指针进行解引用。

软件条件:

系统库中提供一个alarm函数，意为"闹铃"。即，过段时间就会给该进发送14闹铃信号。

程序运行3s后，进程收到alarm信号后退出。

当然软件条件还有管道，例如读端已经关闭，写端一直在写，OS绝不会允许这样浪费资源，因此会向正在运行的写端发送管道信号(SIGPIPE)。

系统调用:

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);

当然，我们仍然可以通过系统调用向该进发送信号。这个kill函数你是否见着它很熟悉？？这不就是我们在命令行输入的kill + signum + pid嘛？ 是的！ 命令行解释器的底层就是去调用的这个函数！

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三、信号保存与阻塞

前文讲述了信号是如何发送的，信号是如何产生的条件。但事实上，信号产生后，只有接收方接收到了，才能进行之后的"递达"，也就是行为产生。因此，当OS向进程发送信号时，该进程怎么知道OS向它发送了信号？OS发送了什么信号呢？

又比如，现在你叫张三，你很不喜欢讲台上的老师，于是乎，你根本不在乎他说什么。那么他"发出的任何信号"，都不会被你识别，更别说"递达",即行为产生。由此，如果进程选择不接收OS发送的信号，又该作何处理？？

信号相关概念:
1.实际执行信号的动作称为:信号抵达。
2.信号从产生到递达之间的状态:信号未决。
3.进程可以选择阻塞某个信号。
4.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。

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

信号在内核中的表示:

block: 表示阻塞信号集
pending: 表示接收信号集
handler: 信号集方法

正如前文所述，linux内核中，信号num是一堆宏定义整数。

block、pending集是被设计成一种位图的数据结构！举个unsigend_int的例子，32个比特位表示信号个数可以是[1,32]。0表示阻塞(未接收)信号，1表示未阻塞(接收)信号。每一个pending集的比特位，都与handlers这个数组下标的位置一一对应。handlers数组是一个函数指针数组，里面存放的是每一种信号接收时，行为产生函数的地址。

所以，如果你想要改变一个信号，对应的默认行为，你就只需要将你实现的handlers方法函数的地址，填入到内核数据结构中handlers数组里即可。

四、信号处理

根据前文认识了什么是信号，以及信号的产生，我们可以得出如下的结论:
信号是发给进程的，信号产生于操作系统。

可是，我现在的问题是，当前进程收到信号后，就必须要放下"手头"的事，立马去处理到来的信号嘛？毕竟，当我妈叫现在我吃饭，这是一个信号，但是我现在正在写博客、正在上网课，我可以选择继续写我的博客，继续上我的课，当然我也可以选择立即直接扔掉手中敲打的键盘，也可以立即将那喋喋不休的腾讯会议结束掉，立刻前去吃饭。

由此，我们对于信号的处理似乎有，唔大概三种处理方式:

默认行为、忽视行为、自定义行为。

但是，我妈叫我吃饭了，我们是选择了继续干完当前的事，但是干完这些事之后，我才会去吃饭。因此，接收信号后，并不代表一定要产生行为，可以将它先保存，并在适合的时候进行处理。

那么什么算是合适的适合呢？？

这里也不卖关子，内核态返回用户态的时候(这个之后会细谈)！

五、内核态vs用户态

我们知道了信号是发送给进程的，发送方是OS。但是OS是如何发送信号的？我们接收到信号时，该进程是怎么知道的？一定需要到进程的内核数据结构中去，但是我们能去吗？肯定不行！这个行为，只有OS才能帮我们这样做。同样，如果我们需要自定义信号捕捉(信号递达),不是我们去更改那个handler表，因为我们并没有权限！OS不信任任何人！

(1)身份切换

(2)内核地址空间

我们使用库函数时，只区分动态库和静态库。动态库的函数地址会在程序运行时加载进共享区，而使用静态库函数时，函数地址会被编译进源程序中，存储在代码区。

那么我们使用系统调用接口，我们是怎么找到它们的地址并，调用它们的？

总结:

信号产生:

信号抵达:

本篇到此结束，感谢你的阅读。

祝你好运，向阳而生~