Linux信号_信号的产生

信号概念

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

异步：在异步操作中，任务可以独立执行。一个任务的开始或完成不依赖于其他任务的状态。

同步：在同步操作中，任务之间的执行是相互依赖的。一个任务必须等待另一个任务完成后才能继续执行。

同步：顺序执行、可能阻塞。异步：并行执行、非阻塞。

前台进程 后台进程

前台进程：在linux下我们直接运行的进程，此时我们输入指令并不会执行，Ctrl+c可终止。

前台进程是用户当前正在交互的进程，通常在用户的终端或窗口中运行。

后台进程：在命令后加上&将进程放入后台 eg.command &

此时我们输入指令并可以执行，Ctrl+c不可终止。

后台进程是在用户不直接交互的情况下运行的进程。

关闭后台进程方法：
1.向后台进程发送信号，eg.kill -9 后台进程id

fg命令后台运行的作业调回前台

2.fg id将一个在后台运行的作业调回前台。再Ctrl+c:向前台进程发送2 SIGINT 信号

常见信号：

1~31信号编号

在 Unix 和 Linux 系统中，信号是一种用于通知进程某种事件发生的机制。每个信号都有一个唯一的编号，进程可以通过这些编号来处理特定的事件或执行特定的操作。

信号编号是操作系统用来标识不同信号的整数值。

例如，当你按下 Ctrl+C 时，系统会向当前运行的进程发送一个中断信号（SIGINT），其信号编号为 2。程序可以选择捕获这个信号并执行自定义的处理逻辑，或者默认终止进程。

我们发送信号，进程不一定会立即处理信号，而是在合适的时机处理信号。进程在哪里保存信号呢？

在进程对应PCB中的信号位图里，我们向进程发送信号，其实是修改对应进程PCB中的信号位图，修改bit位0->1 

kill -l查看系统支持的信号列表

信号编号	信号名称	描述
1	SIGHUP	终端挂断信号
2	SIGINT	中断信号（通常由 Ctrl+C 产生）
3	SIGQUIT	退出信号（通常由 Ctrl+\ 产生）
4	SIGILL	非法指令信号
5	SIGTRAP	跟踪陷阱信号
6	SIGABRT	异常终止信号
7	SIGBUS	总线错误信号
8	SIGFPE	浮点异常信号
9	SIGKILL	强制终止信号（不可被捕获或忽略）
10	SIGUSR1	用户定义信号 1
11	SIGSEGV	段错误信号
12	SIGUSR2	用户定义信号 2
13	SIGPIPE	管道破裂信号
14	SIGALRM	定时器到期信号
15	SIGTERM	终止信号
16	SIGSTKFLT	堆栈故障信号
17	SIGCHLD	子进程状态改变信号
18	SIGCONT	继续执行信号
19	SIGSTOP	停止进程信号（不可被捕获或忽略）
20	SIGTSTP	停止信号（通常由 Ctrl+Z 产生）
21	SIGTTIN	后台进程试图读取终端信号
22	SIGTTOU	后台进程试图写入终端信号
23	SIGURG	紧急数据到达信号
24	SIGXCPU	超过 CPU 时间限制信号
25	SIGXFSZ	超过文件大小限制信号
26	SIGVTALRM	虚拟定时器到期信号
27	SIGPROF	统计定时器到期信号
28	SIGWINCH	窗口大小变化信号
29	SIGIO	I/O 可用信号
30	SIGPWR	电源故障信号
31	SIGSYS	Bad system call（错误的系统调用）

信号如 -9  SIGKILL 和 -19  SIGSTOP 是不可被捕获或忽略的。

signal() 重新定义在接收到特定信号时应采取的行为

void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

参数

• signum：要捕获的信号编号，例如 SIGINT、SIGTERM 等。
• handler：指向信号处理函数的指针。（SIG_DFL (默认处理) SIG_IGN (忽略信号)）

• #include<signal.h>
  #define SIG_DFL ((void (*)(int)) 0)  // 默认处理
  #define SIG_IGN ((void (*)(int)) 1)  // 忽略信号
  

void (*handler)(int) handler是一个函数指针，表示接收一个参数为一个int的函数，返回值类型是void。(int参数是接收到的信号编号。)

返回值

• 返回值是先前的处理函数的地址（如果有），或者返回 SIG_ERR 表示出错。

signal()用法

我们知道ctrl+c是向前台进程发送2 SIGINT 中断信号，进程获取到信号执行默认行为(系统定义的行为 终止)。

我们接收到2信号，但不想让它执行默认行为。我们可以直接实现一个void (int) 返回值无 参数一个int（用于接收信号编号）的函数，里面是我们想实现的行为。

把它当作signal()的第二个参数回调函数，第一个参数和回调函数的int参数一样，是要捕捉的信号编号。这样我们就可以把对应信号执行默认行为该为执行我们定义的行为。

信号如 -9 SIGKILL 和 -19 SIGSTOP 是不可被捕获或忽略的。所有-9 -19是不能被signal()重新定义的。

产生信号的5种方式

1.系统指令 kill

系统指令可以发送信号

eg.kill -9 id 

2.系统函数 kill() raise() abort()

一个进程可以使用 kill() 函数向另一个进程发送信号。

pid_t pid目标进程pid  int sig 要发送信号的编号

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

成功时返回 0。
失败时返回 -1，并设置 errno。

raise() 函数用于向当前进程(自己)发送一个信号。

sig 要发送信号的编号

#include <signal.h>int raise(int sig);

成功时返回 0。
失败时返回 -1，并设置 errno。

abort() 函数给自己发送 SIGABRT 信号，用于立即终止当前进程，并生成一个核心转储（core dump），这有助于后续调试。

#include <stdlib.h>void abort(void);

3.键盘 ctrl+c/z

特定的用户操作也会产生信号。例如：
用户在终端按下 Ctrl+C 时，通常会向正在运行的进程发送 SIGINT 信号。
用户按 Ctrl+Z 时，进程会接收到 SIGTSTP 信号，使其暂停执行。

4.软件条件

定时器或闹钟 alarm()

进程可以使用定时器（如 alarm()、setitimer()）来产生信号。

alarm ()使得在指定的秒数后发送一个 14 SIGALRM 信号到当前进程。

#include <unistd.h>unsigned int alarm(unsigned int seconds);

seconds 表示设置的秒数 返回值为剩余的秒数。

int n=alarm(0);

表示取消当前进程的定时器，n表示之前设置的剩余秒数。如果没有设置过定时器，则返回 0。

5.异常

在C++中，我们访问野指针，/0等操作会让进程崩溃。其实是系统给进程发送对应的信号，导致进程的退出。

系统内核会在特定条件下自动向进程发送信号。

例如：
1.当进程除以零时，会发送 SIGFPE 信号。
2.当进程尝试访问无效内存时，会发送 SIGSEGV 信号。
3.当进程超出资源限制时，会发送 SIGXCPU 或 SIGXFSZ 信号。

我们知道当进程除以零时，会发送 SIGFPE 信号，如果我们signal()重新定义SIGFPE信号对应的行为，不让它终止，每接收到一次SIGFPE 信号就打印，但不终止。

可以看到程序会一直打印，意味着系统会一直给进程发送SIGFPE 信号。为什么？

在执行除法操作之前，CPU 会检查除数寄存器的值。如果发现除数为零，CPU 不会执行实际的除法运算。CPU 会生成一个异常信号，并中断当前的指令执行。

但我们重新定义的该信号的行为，导致进程没有被杀。但cpu不会一直运行这个程序，会进行轮转，等到再次调度该进程，发现又是/0操作再成一个异常信号。这样就会表现出系统一直给该进程发送信号的景象。

Core和Term

Core和Term是进程退出行为，但它们有什么不同？

Term： 一般是指正常的进程终止（通常是通过接收到 SIGTERM 信号）。

Core：当进程由于接收到 SIGSEGV、SIGABRT、SIGQUIT 等信号而崩溃时，操作系统可以在当前目录下生成一个核心转储文件。这个文件包含了进程的内存映像和状态，可以用于调试崩溃原因。最后进程终止。

核心转储文件的文件名一般是core，有的版本下会在后面加该进程的id。坏处是如果不解决问题，每次运行该进程都会生成core.id文件，因为每次进程运行的id不同，core文件名不同就会生成内容重复的文件。导致磁盘空间的浪费

core文件作用

核心文件可以与调试器（如 gdb）结合使用，以分析崩溃时程序的状态。

输出因为什么崩溃的，在哪一行。

core dump标志

还记得pid_t waitpid (pid_t pid, int *status, int options)，中status是一个位图，带回子进程的退出信息，里面有一个字节是core dump标志吗？

如果接收到的是SIGSEGV、SIGABRT、SIGQUIT等信号core dump标志就会置为1，生成core文件