Linux——信号概念与信号产生方式

目录

一、概念

二、前台进程与后台进程

1.ctrl+c

2.ctrl+z

三、信号的产生方式 

1.键盘输入产生信号

2.系统调用发送信号

2.1 kill()函数

2.2 raise()函数

2.3 abort()函数

3.异常导致信号产生

3.1 除0异常

3.2 段错误异常 

4.软件条件产生信号

4.1 管道

4.2 闹钟

四、核心转储

总结

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一、概念

生活中，我们也经常遇到信号，比如早八的闹钟、红绿灯、鲁大师在电脑里面抽烟、周杰伦的到底有谁知道~是几点的方向~你~才~会~收~到~暗~号~。在信号还没有产生的时候，我们已经知道什么样的信号需要如何去处理，比如早八的闹钟，在闹钟响之前，我们就知道早上要么起床去上课，要么把闹钟一关继续睡觉。

信号产生了，我们不一定要立即处理他，而是在合适的时候处理。比如你肚子疼，需要拉肚子，但是游戏已经开了，对抗路已经在操作了，今天不管，你有本事就拉裤兜，必须先把这把打完再去。因此我们要对信号进行暂时保存。

同时，我们并不清楚具体什么时候肚子痛，因此信号到来相对于我现在正在打的游戏，是异步（多执行流同时进行操作）的。

小总结：

我们能识别信号，同时知道该如何处理

信号是异步的

可以对信号进行暂时保存

在合适的时候处理信号

信号是向目标进程发送消息通知的一种机制。

二、前台进程与后台进程

1.ctrl+c

进程在运行时，一般都是前台进程，如下代码，./mytest运行起来，我们输入命令没用反应，但我们运行时输入ctrl+c可以终止掉进程。

如果我们执行的时候在后面加上 & ，就让进程在后台运行，此时输入命令可以反应，但是进程不能被ctrl+c终止。 

这是因为前台进程只能有一个，后台进程可以有多个，由于shell也是一个进程，因此当进程在前台运行时，shell需要退入到后台进程中去，因此无法接受指令。而你现在输入ctrl+c终止进程，就是让前台进程终止，自然进程就结束了。

而当你进程以后台方式启动时，前台进程是shell，因此输入指令可以有结果，如果你输入ctrl+c，shell自己会保护自己，无法被ctrl+c终止，后台进程并没有收到ctrl+c，因此无法终止后台进程。

之前我们提到，后台进程可以有多个，比如现在我们重定向到log1.txt与log2.txt，输入指令jobs可以看到后台进程的运行情况。

他们在后台运行，并不影响前台shell接受指令，同时ctrl+c也无法终止。

我们输入fg + number，就可以将后台进程提到前台来，输入ctrl+c就可以终止掉该进程了。

小总结：判断是前台进程还是后台进程，看shell有没有能力接受用户输入，有就是后台进程，没有就是前台进程。 

2.ctrl+z

输入ctrl+z可以暂停前台进程，但是被暂停的进程会自动放到后台，也就是我输入指令命令行能接受了。

现在我们输入 bg+number ，就可以将暂停的后台进程继续运行。

小总结：

• ./mytest & 让进程在后台运行
• jobs 查看后台进程
• fg + number 将后台进程放到前台
• ctrl+z 暂停前台进程并放到后台
• bg + number 将暂停的后台进程继续执行    

三、信号的产生方式 

1.键盘输入产生信号

在上面，我们学习ctrl+c终止前台进程，其实ctrl+c的本质上就是信号，他是信号表中的2号信号。

我们可以通过写代码的方式来查看该现象。

signal函数：能将收到的信号做自定义处理

• 参数1：信号num
• 参数2：返回值为void，参数为int的函数指针

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>using namespace std;void sighandler(int signo)
{cout<<"收到了"<<signo<<"号信号"<<endl;exit(1);
}int main()
{signal(2,sighandler);while(1){cout<<"pid: "<<getpid()<<endl;sleep(1);}
}

运行后发现，输入ctrl+c，会打印出内容，同时发送2号指令也会打印出相同的内容，由此可见，ctrl+c 等价于发送2号信号 。也就是键盘输入可以产生信号。

• 我们知其然，还要知其所以然。
• 我们在键盘中输入ctrl+c，会被操作系统接受到你的输入，因为操作系统是进程的管理者，他判断出你输入的内容是终止信号，同时是输入给当前运行的前台进程的。那么操作系统肯定需要告诉进程，信号到来了，你赶紧处理。
• 在进程的角度来看，进程一定要通过存储来表示自己是否收到信号，收到了哪种信号。这完全可以通过位图来实现，比特位的位置代表收到的哪种信号，比特为的内容0/1代表是否收到信号。由于普通信号只有1-31个，因此用32位的整形变量就可以判断了。

• 我们之前提到，在信号没有到来时，进程就已经知道该如何处理相关信号，因此进程还得有一张自己的函数指针数组，数组的下标与信号的编号相关，于是，当发现信号位图中有信号的到来，知道是哪一张信号，然后会调用信号相关的函数进行执行。

• 操作系统向目标进程发送信号，其实本质上是写信号，将该进程信号位图的相关位置设置为1​

那么既然ctrl+c是一个信号，之前我们学过的ctrl+z，也应该是信号咯。当然没错，ctrl+z是20号信号SIGTSTP。还有ctrl+\，是3号信号

跟之前一样，使用signal捕获一下2号信号，3号信号，和20号信号。

9号信号不可被自定义捕捉，因为操作系统得有能力杀死任意进程，如果某个进程是恶意进程，一直在读取你的数据，或者对操作系统做破坏，那么该进程捕捉了所有信号，岂不是杀不掉了，因此操作系统设置9号信号不可被捕捉。

2.系统调用发送信号

2.1 kill()函数

有一个kill的系统调用函数，他可以往指定的进程发送指定信号。我们可以通过该函数来发送信号。

kill：给指定进程发送信号

• 参数1：进程pid
• 参数2：信号编号

代码如下 

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<string>using namespace std;void Usage(const string& proc)
{cout<<"\n Usage: "<< proc <<" -signumber process"<<endl;
}int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=3){Usage(argv[0]);exit(0);}int signumber = stoi(argv[1]+1);int processpid = stoi(argv[2]);kill(processpid,signumber);
}

 我们就可以利用kill函数，给他传信号与进程pid，即可将信号发送给此进程。

2.2 raise()函数

kill是给任意进程发送任意信号，而raise是给自己发送任意信号

kill：给指定进程发送信号

• 参数1：信号编号

使用很简单，如下，raise（2）代表给自己发送2号信号 

 因为我们自定义捕捉了，因此会一直收到2号信号。

2.3 abort()函数

 给自己发送abort信号，是6号信号，参数返回值都不管，直接调用即可。

我们发现，进程确实收到了6号信号，我们sighandler里面并没有让进程退出，但是进程却被Aborted终止，这是abort函数的特点，就是进程收到6号信号，你可以自定义捕捉，但捕捉完毕我仍然会终止。

3.异常导致信号产生

C++我们学过异常，发生异常了，代码并不会再往后面执行，而是直接终止，除非你捕获了异常。

3.1 除0异常

如下代码，你发生了除0错误，编译的时候就会警告，当你执行的时候，告诉你浮点数异常。这是8号信号 SIGFPE。

我们将信号捕捉，运行，我们并没有写循环，按道理只会打印一次，这里发现进程在一直打印消息。

这是因为进程在运行的时候，会将进程中的数据放到CPU里面的寄存器去运行，现在CPU运算发现了除0错误，会给相应的标志位写上1，记录你的错误，操作系统就知道进程的错误了（因为操作系统是软硬件资源的管理者），那么操作系统需要发送对应信号干掉目标进程。

但是你自己的操作，将信号自定义捕捉了，杀死不了，而后进程就切换了，当进程又切换回来时，操作系统又发现你对应的标志位为1，因此又给你发送信号，从此往复，会一直发送信号，却又杀不掉你。

3.2 段错误异常 

我们写C/C++代码的时候，经常会遇到段错误。比如野指针，越阶访问等等。段错误异常是11号信号SIGSEGV，因此我们捕捉11号信号看看结果。

跟之前一样，没有写循环，依然一直报错。这是在访问虚拟内存页表时，发现页表中没有对应内容虚拟到物理的映射。发生段错误，标志位设置，操作系统发送信号给进程，进程收到信号并自定义捕捉，进程切换，又回到该进程，发现标志位为1，继续发送信号，继续套娃。

4.软件条件产生信号

4.1 管道

我们之前在学习管道的时候，当我们把读端关闭的时候，写端会直接终止，因为操作系统给写端发送SIGPIPE信号，告诉写端，兄弟别舔了，她已经把你拉黑了。此时我们并没有涉及到寄存器或者其他硬件设备，虽说有内存，但是内存空间都是我自己开辟的呀，我自己的东西我爱咋用咋用，操作系统不会无缘无故给你发信号，这就叫软件条件。

4.2 闹钟

alarm：可以设置闹钟->给当前进程发送14号信号

参数：设置几秒中后的闹钟

返回值：正常返回0，闹钟提前返回剩余时间。

在5次打印后收到了消息，返回值为0。 

综上，产生信号的方式有很多，但是发送信号只能由操作系统来完成！！！也就是向进程PCB中的信号位图写入。

四、核心转储

首先解释什么是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Core Dump。

命令行输入指令 man 7 signal ，往下翻可以查看信号的详细信息，这里可以看到信号的动作有Term、Core、Ign（ignore）、Cont（continue）、Stop。

其他的都比较好理解，比如Ign忽略，Cont继续，Stop暂停。但是还有Term和Core这两种，我们学过的信号这两种类型都有，他们都是终止进程，有什么区别呢？

我们发现Core中有SIGABRT、SIGFPE、SIGSEGV等等，他们都比较像异常情况。报错的具体代码尚不清楚。需要用户进一步排查

而Term中的SIGINT（键盘中断）、SIGKILL（杀死进程）等等，其实他们都没犯错， 只是被杀掉了。结果很清楚

你的代码如果出现了Core类型的错误，其实会发生core dump（核心转储），也就是在当前目录下多出一个以进程pid命名的 core.pid 文件。我们可以通过查看gbd查看代码具体报错位置信息。但是core dump功能是被默认关闭的。

输入指令ulimit -a可以查看系统的配置项，其中第一项core file size就是core dump，大小为0，我们可以将他大小设置一下

输入指令ulimit -c + size，就可以更改core file size 的大小，这是内存级别的，也就是重启xshell会自动恢复。 

 现在再更改代码并运行就会发现多了core dumped，发生了核心转储。

我们现在gdb调试mytest，同时在gdb中输入core-file + core.pid ，此时就可以看到该文件是在具体哪个地方出错。 

 

总结

• 信号的产生，最终都要由操作系统来进行执行，这是因为操作系统是进程的管理者。
• 进程在信号到来不会立即处理，而是在合适的时候处理。
• 由于信号不会被立即处理，因此信号需要暂时被进程记录下来，记录在信号位图中。
• 信号在没有收到信号的时候，已经知道自己该如何处理信号。
• 操作系统向进程发送信号，本质是向目标进程的信号位图中写信号(置1)。

下一章：信号的保存与处理