嵌入式Linux：信号是什么？

目录

1、信号的来源

2、信号的处理方式

3、信号的异步性

4、信号编号

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信号是Linux系统中用于通知进程事件发生的一种机制，可以将其视为一种软件中断。信号类似于硬件中断，能够打断进程当前的执行流程，从而实现对中断机制的一种软件层面的模拟。信号的主要作用是处理异步事件，因为大多数情况下，信号的到达时间是不可预测的。

信号的一个主要目的是用于进程间的通信。具有合适权限的进程可以向另一个进程发送信号，这种用法不仅可以用作一种同步技术，还可以视为进程间通信（IPC）的最基础形式。

1、信号的来源

信号可以由多种情况触发，以下是常见的几种信号来源：

硬件异常
硬件检测到错误条件并通知内核，内核随即发送相应的信号给相关进程。例如，当执行除数为零、访问越界的内存等异常操作时，硬件会捕捉到这些错误并通知内核，内核则向相关进程发送信号，如SIGFPE（浮点异常）或SIGSEGV（非法内存访问）。

终端输入特殊字符
用户通过终端输入特定的控制字符可以产生信号。例如，按下CTRL + C组合键会产生SIGINT（中断信号），可以终止前台运行的进程；按下CTRL + Z会产生SIGTSTP（暂停信号），可暂停当前前台运行的进程。

进程调用系统调用
进程可以通过kill()系统调用向另一个进程或进程组发送信号。为了确保系统安全，发送信号的进程和接收信号的进程通常需要具有相同的所有者，或者发送信号的进程的所有者是root超级用户。

用户命令
用户可以通过kill命令向其它进程发送信号。虽然kill命令的名称听起来像是用来“杀死”进程，但实际上它可以发送任意信号。例如，kill -9 PID会向进程发送SIGKILL信号，强制终止指定进程。

软件事件
软件检测到特定条件发生时也会产生信号。这些条件可能包括：进程设置的定时器到期、进程使用的CPU时间超限、子进程退出等。这些信号通常由内核触发并发送给相关进程。

2、信号的处理方式

当信号到达进程时，进程需要对该信号进行处理。通常，进程对信号的处理方式有以下几种：

忽略信号
进程可以选择忽略某些信号，使其不对进程的执行产生影响。然而，有两种信号SIGKILL和SIGSTOP是无法被忽略的，因为它们提供了终止或停止进程的可靠方法。如果进程忽略某些由硬件异常产生的信号，其行为可能是未定义的。

捕获信号
进程可以捕获并处理信号，通过预先定义的信号处理函数来响应特定的信号。为了实现这一点，进程需要通过signal()或sigaction()系统调用来注册信号处理函数，当信号发生时，该函数将被执行以处理相应的事件。

执行系统默认操作
如果进程没有捕获信号，系统会对信号进行默认处理。对于大多数信号，系统默认的处理方式是终止进程。然而，也有些信号的默认处理方式是忽略。

3、信号的异步性

信号是异步事件的经典实例。信号的产生对进程而言是随机的，进程无法预测信号到达的具体时间。这种异步性与硬件中断非常相似。进程无法通过简单的变量测试或系统调用判断信号是否产生，只有当信号实际发生时，系统才会通知进程，打断当前执行流程，跳转到信号处理函数去执行相应操作。

4、信号编号

在Linux系统中，信号本质上是int类型的数字编号，类似于硬件中断所对应的中断号。内核为每一个信号定义了一个唯一的整数编号，这些编号从数字1开始依次展开。每个信号都有一个对应的名字，这个名字实际上是一个宏，通常以SIGxxx的形式出现，例如SIGINT、SIGKILL等。

信号的整数编号与其符号名之间是一一对应的关系，但由于不同操作系统的实现可能存在差异，某些信号的实际编号在不同系统中可能会有所不同。为了提高程序的可移植性，在编写代码时，开发者通常使用信号的符号名而不是直接使用编号。例如，在程序中使用SIGINT来表示中断信号，而不是直接使用数字2（在大多数系统中，SIGINT的编号为2）。

信号的定义可以在<signal.h>或<signum.h>头文件中找到，这些文件中定义了所有标准信号的编号和名称。

需要注意，信号编号从1开始，而编号为0的信号在标准定义中并不存在。

#define SIGHUP      1  /* 挂断 (POSIX). */
#define SIGINT      2  /* 中断 (ANSI). */
#define SIGQUIT     3  /* 退出 (POSIX). */
#define SIGILL      4  /* 非法指令 (ANSI). */
#define SIGTRAP     5  /* 跟踪陷阱 (POSIX). */
#define SIGABRT     6  /* 异常终止 (ANSI). */
#define SIGIOT      6  /* IOT 陷阱 (4.2 BSD). */
#define SIGBUS      7  /* 总线错误 (4.2 BSD). */
#define SIGFPE      8  /* 浮点异常 (ANSI). */
#define SIGKILL     9  /* 终止，无法阻塞 (POSIX). */
#define SIGUSR1    10  /* 用户自定义信号 1 (POSIX). */
#define SIGSEGV    11  /* 段错误 (ANSI). */
#define SIGUSR2    12  /* 用户自定义信号 2 (POSIX). */
#define SIGPIPE    13  /* 管道破裂 (POSIX). */
#define SIGALRM    14  /* 闹钟信号 (POSIX). */
#define SIGTERM    15  /* 终止 (ANSI). */
#define SIGSTKFLT  16  /* 栈错误. */
#define SIGCHLD    17  /* 子进程状态改变 (POSIX). */
#define SIGCLD     SIGCHLD /* 与 SIGCHLD 相同 (System V). */
#define SIGCONT    18  /* 继续执行 (POSIX). */
#define SIGSTOP    19  /* 停止，无法阻塞 (POSIX). */
#define SIGTSTP    20  /* 终端停止信号 (POSIX). */
#define SIGTTIN    21  /* 后台从终端读取 (POSIX). */
#define SIGTTOU    22  /* 后台向终端写入 (POSIX). */
#define SIGURG     23  /* 套接字紧急情况 (4.2 BSD). */
#define SIGXCPU    24  /* 超过 CPU 时间限制 (4.2 BSD). */
#define SIGXFSZ    25  /* 超过文件大小限制 (4.2 BSD). */
#define SIGVTALRM  26  /* 虚拟时钟信号 (4.2 BSD). */
#define SIGPROF    27  /* 程序执行时钟信号 (4.2 BSD). */
#define SIGWINCH   28  /* 窗口大小改变 (4.3 BSD, Sun). */
#define SIGPOLL    SIGIO  /* 可轮询事件发生 (System V). */
#define SIGIO      29  /* I/O 操作完成 (4.2 BSD). */
#define SIGPWR     30  /* 电源故障重启 (System V). */
#define SIGSYS     31  /* 错误的系统调用. */
#define SIGUNUSED  31  /* 未使用的信号. */

在 Linux 系统下使用"kill -l"命令可查看到所有信号，如下所示：

在实际开发中，合理使用信号处理机制可以提高程序的健壮性和响应速度。开发者需要根据应用场景选择合适的信号处理方式，比如在关键任务中确保某些信号能够及时处理，或者在某些情况下忽略不重要的信号以避免不必要的中断。