Unix/Linux编程：什么是信号

男娘i 2022-10-16 06:04 213阅读 0赞

**信号是事件发生时对进程的通知机制。有时也称为软件中断**。

*  信号与硬件中断的相似之处在于打断了程序执行的正常流程。大多数情况下，无法预测信号到达的准确时间。
 *  信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式
 *  信号可以直接进行用户空间进程和内核进程之间的交互，内核进程也可以利用它来通知用户进程空间发生了系统事件

一个(具有合适权限的)进程能够向另一进程发送信号。信号的这一用法可以作为一种同步技术，甚至是进程间通信IPC的原始形式。进程也可以向自身发送信号。然而，发送进程的诸多信号，通常是源于内核。引发内核为进程产生信号的各类事件如下。

*  硬件发生异常：即硬件检测到一个错误条件并通知内核，随即再由内核发送相应信号给相关进程。硬件异常的例子包括执行一条异常的机器语言指令，诸如，被 0 除，或者引用了无法访问的内存区域。
 *  对于前台进程，用户可以通过输入特殊的终端字符给它发送信号。其中包括中断字符（通常是 Control-C)、  
    暂停字符（通常是 Control-Z）
 *  发生了软件事件。例如：
    
     *  针对文件描述符的输出变为有效，
     *  调整了终端窗口大小
     *  定时器到期（比如`alarm`定时器到期将引起`SIGALRM`信号）
     *  进程执行的 CPU 时间超限
     *  该进程的某个子进程退出（比如运行kill命令或者调用kill函数）

针对每个信号，都定义了一个唯一的整数，从1开始顺序展开。< signal.h>以SIGxxxx形式的符号名对这些整数做了定义。由于每个信号的实际编号随系统不同而不同，所以在程序中总是使用这些符号名。

信号可以分为两大类：

*  标准(传统)信号：用于内核向进程通知事件，Linux中标准信号的编号范围为1~31
 *  实时信号

信号因某些事件而产生。信号产生后，会于稍后被传递给某一进程，而进程也会采取某些措施来响应信号。在产生和到达期间，信号出于等待（pending）状态。

通常，一旦(内核)接下来要调度该进程运行，等待信号会马上送达，或者如果进程正在运行，则会立即传递信号。然而，有时需要确保一段代码不为传递来的信号所中断，这时可以将信号添加到进程的信号掩码中----目前会阻塞该组信号的到达。如果所产生的信号属于阻塞之列，那么信号将保持等待状态，直至稍后对其解除阻塞（从信号掩码中移除）。进程可使用各种系统调用对其信号掩码添加和移除信号。

**如果该进程当前并未处于执行态，则该信号就由内核保存起来，直到该进程恢复执行再传递个它；如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞取消时才被传递给进程**。

信号到达后，进程视具体信号执行如下默认操作之一：

*  忽略信号（Ign）：
    
     *  也就是说，内核将信号丢弃，信号对进程没有产生任何影响(进程永远都不知道曾经出现过该信号)
     *  `SIGKILL`、`SIGSTOP`无法忽略，因为他们像内核和超级用户提供了使进程终止或者停止的可靠方法
 *  终止（杀死）进程（Term）：进程异常终止，而不是进程因调用 exit()而发生的正常终止
 *  结束进程并生成核心转储文件（Core）：核心转储文件包含对进程虚拟内存的镜像，可将其加载到调试器中以检查进程终止时的状态。
 *  暂停进程（Stop）：暂停进程的执行。
 *  于之前暂停后再度恢复进程的执行（Cont）

除了根据特定信号而采取默认行为之外，程序也能改变信号到达时的响应行为。也将此称之为对信号的处置（disposition）设置。程序可以将对信号的处置设置为如下之一。

*  采取默认行为。这适用于撤销之前对信号处置的修改、恢复其默认处置的场景。
 *  忽略信号。这适用于默认行为为终止进程的信号。
 *  执行信号处理器程序

信号处理器程序是由程序员编写的函数，用于为响应传递来的信号而执行适当任务。通知内核应当去调用某一处理器程序的行为，通常称之为安装或者建立信号处理器程序。调用信号处理器程序以响应传递来的信号，则称之为信号已处理（handled），或者已捕获（caught）

请注意，无法将信号处置设置为终止进程或者转存转储核心（除非这是对信号的默认处置）。效果最为近似的是为信号安装一个处理器程序，并于其中调用 exit()或者 abort()。abort()函数为进程产生一个SIGABRT信号，该信号将引发进程转储核心文件并终止。

> Linux 特有的/proc/PID/status 文件包含有各种位掩码字段，通过检查这些掩码可以确定  
> 进程对信号的处理。位掩码以十六进制数形式显示，最低有效位代表信号 1，相临的左边一位代表信号 2，以此类推。这些字段分别为 SigPnd（基于线程的等待信号）、ShdPnd（进程级等待信号，始于 Linux 2.6）、SigBlk（阻塞信号）、SigIgn（忽略信号）和 SigCgt（捕获信号）使用 ps(1)命令的各种选项也能获得相同信息

信号在 UNIX 实现中出现很早，诞生之后又历经变革。在早期实现中，信号在特定场景下有可能会丢失（即，没有传递到目标进程）。此外，尽管系统提供了执行关键代码时阻塞信号传递的机制，但阻塞有时也不大可靠。4.2BSD 利用所谓可靠信号解决了这些问题。  
（BSD 在创新上还更进一步，增加了额外信号来支持 shell 作业控制）

System V 后来也为信号增加了可靠语义，但采用的模型与 BSD 无法兼容。这一不兼容性  
直到 POSIX.1-1990 标准出台后才得以解决。该标准针对可靠信号所采取的规范主要基于 BSD模型