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Linux进程信号（Ⅱ）

news 2025/11/1 15:48:56

1. 信号产生方式

1. 键盘产生

2. kill命令产生

3. 系统调用函数

3.1 kill

3.2 raise

3.3 abort

3.4 使用系统调用函数

4. 软件条件

4.1 alarm函数

4.2 pause函数

4.3 模拟OS工作过程

5.异常

2. Core & Term

2.1 ulimit命令

1. 信号产生方式

1. 键盘产生

在 Linux系统中，用户可以通过键盘输入特定的组合键，向当前前台进程发送信号。这些信号通常用于中断、终止或挂起进程。

常见组合键及其对应信号：

Ctrl + C → 发送 SIGINT（信号编号 2），通常用于中断进程。

Ctrl + \ → 发送 SIGQUIT（信号编号 3），通常用于退出进程并生成核心转储（core dump）。

Ctrl + Z → 发送 SIGTSTP（信号编号 20），用于挂起进程（放入后台）。

注意：这些信号可以被进程捕获、忽略或执行默认操作。

2. kill命令产生

kill命令是用户空间中用于向指定进程发送信号的常用工具，其基本语法：

kill -信号编号进程PID

例如：kill -9 1234 //向 PID 为 1234 的进程发送 SIGKILL（9）信号

前面的文章中我们已经使用过很多次了，它的用法也很简单，所以我就不多赘述了

3. 系统调用函数

3.1 kill

kill函数是kill命令底层调用的函数，向指定进程发送指定信号，具体用法也和kill命令相似：

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

3.2 raise

rise()向当前进程发送指定信号sig，具体语法：

#include <signal.h>

int raise(int sig);

3.3 abort

abort()用于使当前进程异常终止，并产生 SIGABRT 信号（编号 6）。该信号默认行为是终止进程并生成核心转储。

#include <stdlib.h>

void abort(void);

3.4 使用系统调用函数

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<signal.h>void handler(int signo)
{printf("进程%d捕捉到了%d号信号\n",getpid(),signo);
}int main()
{signal(2,handler);signal(3,handler);signal(6,handler);pid_t id = fork();if(id == 0){printf("我是进程%d\n",getpid());kill(getpid(),2);abort();}waitpid(id,NULL,0);printf("我是父进程：%d\n",getpid());raise(2);abort();return 0;
}

运行结果：

4. 软件条件

这类信号并非由用户直接触发，而是由程序运行时的某种软件状态或条件自动触发。底层操作系统监控这些条件，并在条件满足时自动向进程发送相应的信号。

常见例子：

当进程向已经关闭写端的管道进行写操作时，内核会向该进程发送 SIGPIPE 信号（编号13）；

由 alarm() 函数设置的定时器超时后，内核会向进程发送 SIGALRM 信号（编号14）。

4.1 alarm函数

基本语法：

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

该函数的作用是告诉该进程过seconds秒后向进程发送一个SIGALRM信号（编号14）。

alarm调用只执行一次，以最新的闹钟为准，第二次设置闹钟的新时间，会取消上一个闹钟，并返回上一个闹钟的剩余时间

我们浅浅的使用一下

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>int main()
{alarm(3);sleep(1);int n = alarm(5);printf("剩余时间：%d\n",n);while(1){printf("我是进程\n");sleep(1);}return 0;
}

运行结果：

那么OS就要把不同这些alarm管理起来。对闹钟alarm的管理方案：“ 先描述，再组织 ”——设置一个关于闹钟的结构体

struct alarm

{

uint64_t timeout;//时钟到期时间戳(绝对时间)，当前时间戳+时钟时间

uint32_t id;//闹钟唯一标识符

task_struct *pcb;//使用这个alarm的进程

//......

}

将这些结构体以timeout为键值用一个最小堆组织起来，堆顶的闹钟，永远是所有闹钟中 timeout 最小的那个，即最早要超时的那个。

▶那么如何判断alarm是否超时呢？

操作系统通过检测堆顶的timeout和当前时间戳的大小判断是否超时。如果超时，则弹出堆顶并通知对应进程，然后循环检查下一个，直到没有闹钟超时为止。

下面我们来通过alarm设置一个案例来感受内核操作和IO操作的效率：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>long long cnt = 0;void handler(int signo)
{printf("捕捉到%d信号，当前计数器：%lld\n",signo,cnt);exit(0);
}
int main()
{signal(SIGALRM,handler);alarm(1);while(1){cnt++;//内存操作printf("cnt++\n");//IO操作}return 0;
}

有IO操作时的运行结果：

屏蔽掉printf时的运行结果：

我们可以通过这两个数据非常清楚的感受到IO操作的效率之低。

4.2 pause函数

功能：挂起调用进程，直到收到一个信号。

#include<unistd.h>

int pause();

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>void handler(int signo)
{printf("捕捉到了信号%d\n",signo);alarm(1);
}int main()
{signal(SIGALRM,handler);alarm(1);while(1){pause();//等待信号}return 0;
}

这段代码利用pause函数和alarm函数做到了不用sleep也能实现每秒打印一次的效果。

4.3 模拟OS工作过程

下面我们写一段代码来模拟OS是如何因为中断而调度起来的：

#include<iostream>
#include<functional>
#include<vector>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>using func_t = std::function<void()>;
std::vector<func_t> cb;void FlushDisk()
{std::cout<<"我是刷盘操作"<<std::endl;
}
void Sched()
{std::cout<<"我是进程调度操作"<<std::endl;
}void handler(int signo)
{for(auto f:cb){f();//执行任务}std::cout<<"捕捉到了一个信号："<<signo<<std::endl;alarm(1);
}int main()
{cb.push_back(FlushDisk);cb.push_back(Sched);signal(SIGALRM,handler);alarm(1);while(1){pause();//等待信号}return 0;
}

代码执行结果：每秒执行一次FlushDisk和Sched任务

主循环通过 pause() 等待“中断”发生，而由 alarm 定时触发的 SIGALRM 信号则模拟了硬件定时器中断；当信号抵达时，操作系统（main）被“唤醒”并执行中断处理程序（handler），该处理程序会依次执行预先注册在任务队列 cb 中的各个内核任务（如 FlushDisk、Sched），从而模拟了操作系统因中断而调度执行关键任务的工作流程。

5.异常

大家应该都遇到过除0或者野指针这种情况，此时编译程序会崩溃

▶那么为什么出现这种异常会导致程序崩溃呢？

用一段比较官方的话来说就是：当程序执行除零、访问野指针等这类非法操作时，会触发CPU级别的硬件异常，操作系统接收到这些异常后，会向违反规则的进程发送相应的信号（如SIGFPE用于算术错误，SIGSEGV用于内存访问违规），而默认的信号处理行为就是终止进程并生成核心转储，因此程序表现为崩溃。

这段话里面有两个点需要解释一下：一个是CPU级别的硬件异常，另一个是核心转储。

CPU是一个非常死板、只会按规矩办事的机器，当我们让它进行除零或者访问野指针这种违规操作时，它按照它的办事手册无法执行，就会马上告诉操作系统说：“这个事我办不了”，并告诉操作系统是因为出现了什么样的错误导致它办不了这个事。当CPU说它办不了的时候，它会立即中断当前正在执行的程序流，并切换到操作系统内核模式。这个过程类似于一个最高优先级的硬件中断，也就是CPU级别的硬件异常。

当操作系统在接收到上述CPU异常报告、并决定要终止该违规程序时，会为该程序立马生成一个Core文件来记录该程序在崩溃瞬间的完整状态，包括内存镜像（当时所有变量、堆、栈的数据）、寄存器状态（包括程序计数器（PC/EIP），它指向了导致崩溃的那条指令）、线程信息和内存管理单元（MMU）状态等。生成Core文件这个动作就是核心转储。