【Linux】进程信号（一）：信号的产生与信号的保存

📝前言：

这篇文章我们来讲讲Linux——进程信号：

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一，认识信号

1. 查看信号

kill -l查看信号：

• 每个信号都有⼀个编号和⼀个宏定义名称：左边是信号编号，右边是对应的宏
• 其中1-31号信号是普通信号，34 - 64为实时信号
• 普通信号：可以不立即处理
• 实时信号：立即处理

signal.h中可以看到：编号和宏对应

2. 信号处理动作

按下 Ctrl + c 组合键会向当前前台进程发送 SIGINT（2 号信号），此时进程会终止。让进程终止是该2号信号的默认处理动作。
信号处理的动作有三种：默认、自定义和忽略

2.1 默认处理动作

man 7 signal我们可以去杂项章节看一下信号的具体描述：

Action是信号的默认处理动作

• term / core → 终止（但有区别）
• Ign → 忽略
• Cont → 继续
• Stop → 暂停

term 和 core 的区别

• core在term的基础上多了一个核心转储功能，会生成核心转储文件（Core Dump）。
• 用途：用于后续debug，分析程序崩溃原因
  • 如，test1崩了，我们gdb ./test1 core就可以直接定位到崩溃的位置
• 生产环境上（如：云服务器），core dump会被禁止，因为容易产生大量core文件占据磁盘空间

waitpid()的输出型参数的wstatus里面就有一个core dump标记位记录，当前信号是否是core终止的，是否生成core文件

ulimit -a可以查看允许生成的core文件的大小：

可以看到默认core文件的大小是0个blocks，即：禁止
ulimit -c <数字>：可以重新设置大小

2.2 自定义处理动作

signal

signal用来自定义信号处理动作

• signum：要自定义的信号的编号（也可以传对应的宏，本质都是数字）
• handler：自定义函数的指针
• 同时要求我们的自定义函数
  • 返回值void
  • 一个参数：接受信号编号

示例

void handler(int signum)
{cout << "我收到了 " << signum << " 号信号" << endl;
}int main()
{signal(2, handler);while (true){cout << "进程PID: " << getpid() << endl;sleep(1);}return 0;
}

这时候可以killed -9 8968把这个进程杀掉，因为9号是强杀信号，不能被自定义动作，类似的不能被自定义的还有19…

3. 前台进程和后台进程

在可执行程序执行后面带 &，运行的就是后台进程。

区别

• 前台进程可以从标准输入中获取数据，但是后台进程不行（即：我们的键盘输入没办法发给后台）
• 前后台进程都可以往标准输出打印
• 在一个bash下：某一时刻，只能有一个前台进程，后台进程可以有多个（因为标准输入只有一个，不能同时有多个进程抢着读，会乱）
• 每个bash 进程都有自己独立的作业列表，不同的 bash 进程之间的作业是相互隔离的
• bash本身是前台进程，当我们执行前台进程的时候，bash就会被切换后台

示例：
./test1 &把test1放到后台运行

可见键盘输入Ctrl + c，test1就收不到了，但是ls命令bash还可以收到，最后我们kill -9 9193就可以把这个进程杀掉

切换

• jobs可以看当前bash的后台进程
• fg + 任务号：把后台进程切换到前台
• Ctrl + z：暂停前台进程，并把前台进程切换到后台
• bg + 任务号：恢复暂停的后台进程，重新运行

二，信号的产生

1. 四种方式基本介绍

一个信号，要经历三个阶段：

信号的产生方式有多种：

• 键盘产生
  • 如：ctrl + c给前台进程发信号
• 系统调用（命令）产生
  • 如：int kill(pid_t pid, int sig)，给pid进程发一个sig信号（命令kill就是调这个的）
  • 如：int raise(int sig)，自己给自己发sig信号
  • 如：abort()：给自己发 6 号信号
• [硬件]异常产生
  • 如：\0或野指针错误产生异常就会发对应的信号（实际上是先硬件异常）
• 软件条件产生
  • 如：管道文件写端继续，读端关闭。此时写是没有意义的，系统就会产生SIGPIPE信号
  • 如：alarm：用于设置一个定时器（闹钟），在指定的秒数后向当前进程发送一个 SIGALRM 信号

不管信号怎么产生，都要直接 / 间接的由OS来发对应的信号

1. 异常产生信号

出现异常的时候，其实最先变化的是硬件！
核心逻辑是：
硬件通过寄存器标记异常并主动触发 CPU 异常机制 → CPU 借助操作系统内核处理异常 → 操作系统将硬件事件转化为软件信号通知进程。

2. 软件条件产生信号

这里以alarm为例，设计一个定期向进程发送信号，驱动进程完成对应工作的程序

void handler(int signum)
{cout << "执行任务 1 " << endl;cout << "执行任务 2 " << endl;cout << "#########################" << endl;alarm(2);
}int main()
{alarm(2);signal(SIGALRM, handler);while (true){}return 0;
}

每隔两秒，handler就会在“闹钟”的驱动下被执行一次。
OS的调度原理也是类似：通过定期传递信号，被动被驱动，然后运行对应的进程。简单理解：

• 如果这个“闹钟”本身是一个任务结构体，里面还记录了时间片。
• 将所有任务用最小堆组织起来，每次选取任务的时候，用现在的时间对比堆顶任务的最小时间，如果超时了（就是“闹钟响了”），就运行堆顶的任务。
• 运行的同时，对应任务结构体内的时间片–。这就是调度算法

三，信号的保存

1. 基本概念

阻塞

• 信号递达：实际执行信号的处理动作
• 信号未决：信号已递达进程，但尚未被处理的状态。又可以细分成下面两种。
  • 未被阻塞：可立即被递达的（取决于进程的处理方式）。
  • 被阻塞：需先解除阻塞才能被递达的（是否阻塞由进程自己决定）

进程的信号保存主要依赖于三张表：

下面依次讲解

2. pending表

未决信号集：记录进程接受到的，但是未被处理信号，本质是一张位图。

• 当OS给进程发信号的时候，就是把对应信号下标的位置由 0 → 1
• 当一个信号被递达时，是pending表中对应位置先 → 0，然后才执行处理函数递达

3. block表

阻塞信号集：记录当前进程要阻塞的信号，本质也是一张位图。

• 1代表，接受到该信号以后阻塞该信号。
• 对于普通信号 0 - 31，若信号被阻塞，在阻塞期间多次产生该信号，则未决信号集中（pending）仅记录一次。
• 系统默认的block表是全 0 的
• 对应普通信号，当自定义处理函数在执行时，该时期内是不能接受到同编号的信号的，即：当一个信号被递达时，block表里对应的位置会置为 1

3.1 sigset_t

sigset_tC语言给我们提供的位图类型，我们无法直接修改信号集，需要利用sigset先创建用户层位图，然后间接修改。

一般我们创建了sgset_t位图时，要先清空，然后再自行修改好用户层的位图，再调用函数修改内核层的信息集。

信号集操作函数

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);

介绍一些常用的（我们使用时的 组合拳）：

• sigemptyset：清空set，全置为 0
• sigfillset：全设置成 1
• sigaddset：加入signo信号，即set中对应位置设置成 1
• sigaddset：删除signo信号
• sigismember：检查信号是否在信号集中
  • 信号存在：返回1
  • 信号不存在：返回0

信号集“上传”函数

sigprocmask ：将用户空间的信号集配置传递到内核

• 原型：int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
• how：如何修改
  • SIG_BLOCK：将 set 中的信号（为1的位置）添加到当前阻塞集。
  • SIG_UNBLOCK：从当前阻塞集中移除 set 中的信号
  • SIG_SETMASK：用 set 完全替换当前阻塞集
• set：用户层的信号集
• oset：输出型参数：返回原来的信号集，如果不需要设置成：nullptr

3.2 . 自定义处理动作sigaction

sigaction也是用来自定义信号处理函数的，但是它更强大。

原型：

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

• signum：信号编号
• act：sigaction类型的结构体（里面可以存自定义方法、sigset_t表等）
• oldact：输出型参数

和signal的区别就在于这个sigacion类型的结构体：

• 其中，sa_handler就是自定义函数指针，sa_mask是信号集，用来设置在执行这个自定义函数时的block表，用来阻塞特定的信号

示例：

void handler(int signum)
{cout << "进程:" << getpid() << "捕抓到: " << signum << endl;while(true){}
}int main()
{signal(3, handler);sigset_t my_block;sigemptyset(&my_block);sigaddset(&my_block, 3);struct sigaction act2;act2.sa_handler = handler;act2.sa_flags = 0;act2.sa_mask = my_block;sigaction(2, &act2, nullptr);while(true){}return 0;
}

运行：

进入2信号的自定义处理函数后，2号和3号信号都被阻塞了。

4. handler表

handler表是一个函数指针数组，里面存储的就是对应的信号的处理函数。

• 当我们signal/ sigaction自定义函数的时候，其实改的就是对应下标的函数指针。

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