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进程间通信5：信号

news 2025/9/16 15:02:33

引入

我们之前学习了信号量，信号量和信号可不是一个东西，不能混淆。

信号是什么以及一些基础概念

信号是一种让进程给其他进程发送异步消息的方式

信号是随时产生的，无法预测
信号可以临时保存下来，之后再处理
信号是异步发送的。因为这两个进程（发送信号的进程和接收信号的进程）互不相干

kill -l :查看信号

我们可以使用kill -l查看所有信号

他的输出大概是这样子

1) SIGHUP      2) SIGINT      3) SIGQUIT     4) SIGILL
5) SIGTRAP     6) SIGABRT     7) SIGBUS      8) SIGFPE
...

可以发现没有0、32、33号信号。1-31分别对应一个bit位
34到64号信号是实时信号：当开始执行实时信号，必须执行完才能执行其他的信号

信号处理

面对信号，我们有多种处理方式：

默认动作
自定义处理–>捕捉
忽略信号

我们就是通过signal系统调用来更改处理信号的方式

信号的产生

有三种方式：kill命令、键盘输入、系统调用

kill命令

使用kill命令

kill -num pid

常见的就是

kill -9 pid
#终止进程

键盘输入

像是输入ctrl c也可以停止当前进程

使用系统调用函数

使用kill函数：给指定的进程发送指定的信号

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

成功返回0，失败返回-1，并设置errno

raise函数：对调用raise的进程发送信号

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

这个函数功能相当于调用

kill(getpid(), sig);

abort函数
调用该函数的进程直接退出
使用signal：修改信号

使用typedef简化写法：

typedef void (*signal_handler_t)(int);
signal_handler_t signal(int sig, signal_handler_t func);
//func是回调函数
//底层调用func的时候，func的参数就是sig

我们先传入要对哪个信号进行修改，再传入我们自定义的修改方法（func）
并且修改一次后一直生效

SIG_IGN
是ignore，忽略信号的意思，

signal(num, SIG_IGN)
//接收num信号后，不执行任何操作
//9号19号信号无法被忽略（可以区了解一下这两个信号的作用就能理解为什么了

异常

最常见的就是代码出现问题，爆出了异常

比如出现num/0的情况，产生SIGFPE信号，
访问野指针，产生11号信号SIGSEGV

Core Dump

是什么
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。
为什么
进程异常终止通常是因为有Bug,比如非法内存访问导致段错误,事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因,这叫做Post-mortem Debug（事后调试）。一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit(这个信息保存在PCB中)。默认是不允许产生core文件的, 因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息,不安全，以及防止频繁崩溃导致生成大量core dump文件。
在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制,允许产生core文件。首先用ulimit命令改变Shell进程的Resource Limit,允许core文件最大为1024K:

ulimit -c 1024

信号保存

信号其他相关常见概念

实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery) (默认、忽略、自定义）
信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)（信号被临时保存）
进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。（即无法执行该信号，具体原理是位图）
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
9和19号进程无法屏蔽

内核中的结构：三张表（重要）

在这里插入图片描述这张图显示了block位图记录信号是否阻塞、pending位图表示未决、handler表示函数指针数组，记录信号执行方法

对三张表的操作

从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。
因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。
阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。

基本接口（了解即可

#include <signal.h>// 初始化信号集为空（不包含任何信号）。
// 参数：
//   set - 指向要初始化的信号集。
// 返回值：
//   成功返回 0，失败返回 -1。
int sigemptyset(sigset_t *set);// 将信号集中的所有信号置为有效（包含所有信号）。
// 参数：
//   set - 指向要填充的信号集。
// 返回值：
//   成功返回 0，失败返回 -1。
int sigfillset(sigset_t *set);// 向信号集中添加一个指定的信号。
// 参数：
//   set   - 指向信号集。
//   signo - 要添加的信号编号。
// 返回值：
//   成功返回 0，失败返回 -1。
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);// 从信号集中删除一个指定的信号。
// 参数：
//   set   - 指向信号集。
//   signo - 要删除的信号编号。
// 返回值：
//   成功返回 0，失败返回 -1。
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);// 检查某个信号是否在信号集中。
// 参数：
//   set   - 指向信号集。
//   signo - 要检查的信号编号。
// 返回值：
//   如果信号在信号集中，返回 1；否则返回 0；失败返回 -1。
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);

在使用sigset_ t类型的变量之前,一定要调用sigemptyset或sigﬁllset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。

注意：上面的接口都没有写入内核中，需要

sigprocmask：修改block位图

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
返回值:若成功则为0,若出错则为-1

在这里插入图片描述

sigpending：查看未决信号集

#include <signal.h>int sigpending(sigset_t *set);

可以用于查看哪些信号被屏蔽且处于等待状态。

补充
pending位图先清零，对应信号再递达

信号的处理

什么时候处理

进程从内核态切换到用户态时，OS检测并处理信号

如何处理

可以先看一下下面这个图
在这里插入图片描述

能看到有4次状态切换，这里的原理是：
如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号。
由于信号处理函数的代码是在用户空间的,处理过程比较复杂,举例如下: 用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler。当前正在执行main函数,这时发生中断或异常切换到内核态。在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信号SIGQUIT递达。内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行,而是执行sighandler函数,sighandler比和main函数使用不同的堆栈空间,它们之间不存在调用和被调用的关系,是两个独立的控制流程。 sighandler函数返
回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态。如果没有新的信号要递达,这次再返回用户态就是恢复

调用与屏蔽

当某个信号的处理函数被调用时,**内核自动将该信号加入进程的信号屏蔽字,**即处理期间，不允许再次调用。
当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字,这样就保证了在处理某个信号时,如果这种信号再次产生,那么它会被阻塞到当前处理结束为止。

结语

进程间通信到这里就暂时结束了（虽然内存池还差代码实现、共享内存还完全没写，但我准备之后用到了再写），希望对大家有帮助

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