【Linux操作系统】学习Linux系统编程信号部分前你必须要知道这些

本是古典何须时尚 2024-03-24 00:09 55阅读 0赞

> 本文着重讲解Linux系统编程中的信号处理基础知识，包括信号的概念、信号的机制、信号相关的事件和状态、信号集、信号的编号、信号的4要素和常规的信号等，这些都是学习信号部分必须要掌握的内容。  
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#### 文章目录 ####

*   *  1.信号的概念
     *  2.信号的机制
     *  3.与信号相关的事件和状态
     *   *  \*\* 产生信号: \*\*
         *  \*\* 信号的处理方式: \*\*
     *  4.信号集
     *   *  阻塞信号集(信号屏蔽字)
         *  未决信号集
     *  5.信号的编号
     *  6.信号的4要素
     *  7. 常规信号一览表

### 1.信号的概念 ###

信号在我们的生活中随处可见， 如：古代战争中摔杯为号；现代战争中的信号弹；体育比赛中使用的信号枪…

他们都有共性：

***1. 简单  
2. 不能携带大量信息  
3. 满足某个特设条件才发送。***

信号是信息的载体， Linux/UNIX 环境下，古老、经典的通信方式， 现下依然是主要的通信手段。Unix 早期版本就提供了信号机制，但不可靠，信号可能丢失。 Berkeley 和 AT&T 都对信号模型做了更改，增加了可靠信号机制。但彼此不兼容。 POSIX.1 对可靠信号例程进行了标准化。

### 2.信号的机制 ###

A 给 B 发送信号， B 收到信号之前执行自己的代码，收到信号后， 不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行去处理信号，处理完毕再继续执行 。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称为“**软中断**”。

**信号的特质：由于信号是通过软件方法实现，其实现手段导致信号有很强的延时性。但对于用户来说，这个延迟时间非常短，不易察觉。每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的，内核处理。**

### 3.与信号相关的事件和状态 ###

####  **产生信号:**  ####

1.  按键产生，如： Ctrl+c、 Ctrl+z、 Ctrl+\\
2.  系统调用产生，如： kill、 raise、 abort
3.  软件条件产生，如：定时器 alarm
4.  硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除 0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
5.  命令产生，如： kill 命令  
    递达：递送并且到达进程。  
    未决：产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

####  **信号的处理方式:**  ####

1.  执行默认动作
2.  忽略(丢弃)
3.  捕捉(调用户处理函数)

### 4.信号集 ###

Linux 内核的进程控制块 PCB 是一个结构体， task\_struct, 除了包含进程 id，状态，工作目录，用户 id，组 id，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。

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#### 阻塞信号集(信号屏蔽字) ####

将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽 x 信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后(解除屏蔽后)

#### 未决信号集 ####

1.  信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为 1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为 0。这一时刻往往非常短暂。
2.  信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。

### 5.信号的编号 ###

使用`kill -l`查看：

![请添加图片描述][e7efe1bb5e3a426fae13530e181a0b67.png]  
不存在编号为 0 的信号。其中 1-31 号信号称之为常规信号（也叫普通信号或标准信号）， 34-64 称之为实时信号，驱动编程与硬件相关。名字上区别不大。而前 32 个名字各不相同。

### 6.信号的4要素 ###

***1. 编号 2. 名称 3. 事件 4. 默认处理动作***

可通过 `man 7 signal` 查看帮助文档获取

Signal      Standard   Action   Comment
           ────────────────────────────────────────────────────────────────────────
           SIGABRT      P1990      Core    Abort signal from abort(3)
           SIGALRM      P1990      Term    Timer signal from alarm(2)
           SIGBUS       P2001      Core    Bus error (bad memory access)
           SIGCHLD      P1990      Ign     Child stopped or terminated
           SIGCLD         -        Ign     A synonym for SIGCHLD
           SIGCONT      P1990      Cont    Continue if stopped
           SIGEMT         -        Term    Emulator trap
           SIGFPE       P1990      Core    Floating-point exception
           SIGHUP       P1990      Term    Hangup detected on controlling terminal
                                           or death of controlling process
           SIGILL       P1990      Core    Illegal Instruction
           SIGINFO        -                A synonym for SIGPWR
           SIGINT       P1990      Term    Interrupt from keyboard
           SIGIO          -        Term    I/O now possible (4.2BSD)
           SIGIOT         -        Core    IOT trap. A synonym for SIGABRT
           SIGKILL      P1990      Term    Kill signal
           SIGLOST        -        Term    File lock lost (unused)
           SIGPIPE      P1990      Term    Broken pipe: write to pipe with no
                                           readers; see pipe(7)
           SIGPOLL      P2001      Term    Pollable event (Sys V);
                                           synonym for SIGIO
           SIGPROF      P2001      Term    Profiling timer expired
           SIGPWR         -        Term    Power failure (System V)
           SIGQUIT      P1990      Core    Quit from keyboard
           SIGSEGV      P1990      Core    Invalid memory reference
           SIGSTKFLT      -        Term    Stack fault on coprocessor (unused)
           SIGSTOP      P1990      Stop    Stop process
           SIGTSTP      P1990      Stop    Stop typed at terminal
           SIGSYS       P2001      Core    Bad system call (SVr4);
                                           see also seccomp(2)
           SIGTERM      P1990      Term    Termination signal
           SIGTRAP      P2001      Core    Trace/breakpoint trap
           SIGTTIN      P1990      Stop    Terminal input for background process
           SIGTTOU      P1990      Stop    Terminal output for background process
    	   SIGUNUSED      -        Core    Synonymous with SIGSYS
           SIGURG       P2001      Ign     Urgent condition on socket (4.2BSD)
           SIGUSR1      P1990      Term    User-defined signal 1
           SIGUSR2      P1990      Term    User-defined signal 2
           SIGVTALRM    P2001      Term    Virtual alarm clock (4.2BSD)
           SIGXCPU      P2001      Core    CPU time limit exceeded (4.2BSD);
                                           see setrlimit(2)
           SIGXFSZ      P2001      Core    File size limit exceeded (4.2BSD);
                                           see setrlimit(2)
           SIGWINCH       -        Ign     Window resize signal (4.3BSD, Sun)
    
    The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

在标准信号中，有一些信号是有三个“Value”，第一个值通常对 alpha 和 sparc 架构有效，中间值针对 x86、 arm和其他架构，最后一个应用于 mips 架构。一个‘-’表示在对应架构上尚未定义该信号。

不同的操作系统定义了不同的系统信号。因此有些信号出现在 Unix 系统内，也出现在 Linux 中，而有的信号出现在 FreeBSD 或 Mac OS 中却没有出现在 Linux 下。这里我们只研究 Linux 系统中的信号。

默认动作：

`Term`：终止进程  
`Ign`： 忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)  
`Core`：终止进程，生成 Core 文件。 (查验进程死亡原因， 用于 gdb 调试)  
`Stop`：停止（暂停）进程  
`Cont`：继续运行进程

注意从 man 7 signal 帮助文档中可看到 :

The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

这里特别强调了 `9) SIGKILL` 和 `19) SIGSTOP` 信号，不允许忽略和捕捉，只能执行默认动作。甚至不能将其设置为阻塞。

***另外需清楚， 只有每个信号所对应的事件发生了，该信号才会被递送(但不一定递达)，不应乱发信号！！***

### 7. 常规信号一览表 ###

1.  `SIGHUP`: 当用户退出 shell 时，由该 shell 启动的所有进程将收到这个信号，默认动作为终止进程
2.  `SIGINT`：当用户按下了<Ctrl+C>组合键时，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动  
    作为终止进程。
3.  `SIGQUIT`：当用户按下<ctrl+>组合键时产生该信号，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信  
    号。默认动作为终止进程。
4.  `SIGILL`： CPU 检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生 core 文件
5.  `SIGTRAP`：该信号由断点指令或其他 trap 指令产生。默认动作为终止里程 并产生 core 文件。
6.  `SIGABRT`: 调用 abort 函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
7.  `SIGBUS`：非法访问内存地址，包括内存对齐出错，默认动作为终止进程并产生 core 文件。
8.  `SIGFPE`：在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为 0 等所有的算法错误。  
    默认动作为终止进程并产生 core 文件。
9.  `SIGKILL`：无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了  
    可以杀死任何进程的方法。
10. `SIGUSE1`：用户定义 的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
11. `SIGSEGV`：指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
12. `SIGUSR2`：另外一个用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
13. `SIGPIPE`： Broken pipe 向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。
14. `SIGALRM`: 定时器超时，超时的时间 由系统调用 alarm 设置。默认动作为终止进程。
15. `SIGTERM`：程序结束信号，与 SIGKILL 不同的是，该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。  
    执行 shell 命令 Kill 时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。
16. `SIGSTKFLT`： Linux 早期版本出现的信号，现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。
17. `SIGCHLD`：子进程状态发生变化时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
18. `SIGCONT`：如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。
19. `SIGSTOP`：停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为暂停进程。
20. `SIGTSTP`：停止终端交互进程的运行。按下<ctrl+z>组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
21. `SIGTTIN`：后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。
22. `SIGTTOU`: 该信号类似于 SIGTTIN，在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。
23. `SIGURG`：套接字上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出些信号，报告有紧急数据到达。如网络带外  
    数据到达，默认动作为忽略该信号。
24. `SIGXCPU`：进程执行时间超过了分配给该进程的 CPU 时间 ，系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为  
    终止进程。
25. `SIGXFSZ`：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
26. `SIGVTALRM`：虚拟时钟超时时产生该信号。类似于 SIGALRM，但是该信号只计算该进程占用 CPU 的使用时  
    间。默认动作为终止进程。
27. `SGIPROF`：类似于 SIGVTALRM，它不公包括该进程占用 CPU 时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。
28. `SIGWINCH`：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
29. `SIGIO`：此信号向进程指示发出了一个异步 IO 事件。默认动作为忽略。
30. `SIGPWR`：关机。默认动作为终止进程。
31. `SIGSYS`：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
32. `SIGRTMIN` ～ (64) `SIGRTMAX`： LINUX 的实时信号，它们没有固定的含义（可以由用户自定义）。所有的实时信号的默认动作都为终止进程。

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