Linux中信号的基础知识_sigint sigchld

信号的概念

Linux操作系统中，信号是一种进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）机制，用于向其他进程发送通知或指示，通常是为了通知特定事件的发生，如程序终止、用户按下特定按键等。信号提供了一种异步的、非阻塞的通信方式，因此在某些情况下非常有用。

使用信号主要的两个目的是：

• 让进程知道已经发生了一个特定的事情。
• 强迫进程执行它自己代码中的信号处理程序

信号的特点：

• 简单
• 不能携带大量信息
• 满足某个特定条件才发送
• 优先级比较高

常用的一些信号

我们可以使用Linux命令：kill -l 去查看所有的信号列表。

以下是一些常见和常用的信号及其简要说明：

• SIGHUP（1）：挂起信号。通常用于通知进程在终端连接关闭时重新读取其配置文件。这个信号可以让一个守护进程（daemon）重新初始化自身，以便在不终止进程的情况下应用新的配置设置。

• SIGINT（2）：中断信号。当用户在终端中按下Ctrl+C时，通常会发送此信号给前台进程。默认情况下，此信号会导致进程终止并生成核心转储文件（core dump）。

• SIGQUIT（3）：退出信号。当用户在终端中按下Ctrl+\时，通常会发送此信号给前台进程。默认情况下，此信号会导致进程终止并生成核心转储文件。

• SIGILL（4）：非法指令信号。当进程尝试执行非法的或未定义的指令时，系统会发送此信号给进程。默认情况下，此信号会导致进程终止并生成核心转储文件。

• SIGTRAP（5）：跟踪陷阱信号。通常由调试器（如gdb）使用，以便在断点处中断进程的执行。默认情况下，此信号会导致进程终止并生成核心转储文件。

• SIGABRT（6）：异常终止信号。通常在进程因内部错误而需要立即终止时发送此信号。默认情况下，此信号会导致进程终止并生成核心转储文件。

• SIGBUS（7）：总线错误信号。当进程执行时发生硬件相关的错误（如内存访问错误）时，系统会发送此信号给进程。默认情况下，此信号会导致进程终止并生成核心转储文件。

• SIGFPE（8）：浮点异常信号。当进程执行时发生与浮点运算相关的错误（如除以零）时，系统会发送此信号给进程。默认情况下，此信号会导致进程终止并生成核心转储文件。

• SIGKILL（9）：强制终止信号。此信号用于立即终止进程，进程无法捕获、忽略或阻塞此信号。这是一个强制手段，可能导致数据丢失或系统处于不稳定状态。

• SIGUSR1（10）和SIGUSR2（12）：用户自定义信号。这两个信号保留给用户自定义使用，用于实现自定义的进程间通信。

• SIGSEGV（11）：段错误信号。当进程执行时发生与内存访问相关的错误（如访问无效的内存地址）时，系统会发送此信号给进程。默认情况下，此信号会导致进程终止并生成核心转储文件。

• SIGPIPE（13）：管道破裂信号。当进程尝试向一个没有读端的管道中写入数据时，系统会发送此信号给进程。默认情况下，此信号会导致进程终止。

• SIGALRM（14）：闹钟信号。通常由alarm()或setitimer()系统调用设置，用于在指定时间后发送信号给进程。此信号可以用于实现定时器功能。

• SIGTERM（15）：终止信号。这是一个通用的、友好的终止信号，通常用于要求进程正常结束。进程可以捕获此信号并执行清理工作，然后自行结束。

• SIGCHLD（17）：子进程状态改变信号。当子进程终止、停止或恢复运行时，系统会发送此信号给父进程。此信号通常用于实现父进程对子进程的监控。

• SIGCONT（18）：继续信号。用于恢复之前被SIGSTOP或SIGTSTP信号停止的进程。

• SIGSTOP（19）：停止信号。此信号用于暂停进程的执行。与SIGKILL类似，进程无法捕获、忽略或阻塞此信号。

• SIGTSTP（20）：终端停止信号。当用户在终端中按下Ctrl+Z时，通常会发送此信号给前台进程。此信号可以被进程捕获并执行特定操作，如保存状态或清理资源。

• SIGTTIN（21）和SIGTTOU（22）：终端输入/输出信号。当后台进程尝试从控制终端读取输入或向控制终端写入输出时，系统会发送这些信号给进程。默认情况下，这些信号会导致进程停止。

• SIGURG（23）：紧急信号。当套接字上有紧急数据可读时，系统会发送此信号给进程。此信号通常用于网络编程中，用于处理异常情况。

以上信号仅为Linux系统中常见和常用的信号，实际上还有更多其他信号。不过，了解这些信号已经足够应对大部分场景。对于进程来说，可以根据实际需求捕获和处理这些信号，实现进程间的通信和协同工作。

信号的基本原理

信号的基本原理是，一个进程或内核可以向另一个进程发送信号，而接收信号的进程可以对该信号做出相应的响应。接受信号的进程做出的五种默认响应为：

• Term： 终止进程
• Ign： 当前进程忽略掉这个信号
• Core： 终止进程，并生成一个Core文件
• Stop： 暂停当前进程
• Cont： 继续执行当前被暂停的进程

信号的重要特性

以下是Linux信号机制的一些重要特性：

• 信号的发送：进程可以使用系统调用kill()、raise()等函数向其他进程发送信号。同时，用户也可以通过终端使用kill命令来发送信号。

• 信号的接收：当进程接收到信号时，它可以选择忽略信号、执行默认操作或者捕获信号并执行自定义的信号处理函数。

• 信号的处理：进程可以使用系统调用sigaction()或signal()为特定信号设置自定义的信号处理函数。信号处理函数通常用于在接收到信号时执行某些任务，如清理资源或修改程序的执行状态。

• 信号的阻塞与解除阻塞：进程可以使用sigprocmask()等函数来阻塞或解除阻塞特定信号。阻塞的信号不会立即被处理，而是在信号解除阻塞后才会被传递给进程。

• 信号的排队与合并：Linux信号支持排队，但是对于同一信号类型，只会保留一个实例。这意味着，在信号尚未处理时，如果再次发送相同类型的信号，该信号不会被排队，而是被合并到一个实例中。

• 实时信号：Linux还支持实时信号（RT signals），它们可以排队并携带额外的数据。实时信号的优先级较高，因此在多个信号同时传递给进程时，实时信号会优先处理。

信号相关的函数

• Linux系统调用之kill函数(进程相关函数）
• 标准C库之raise，abort函数（进程通信函数，发送信号类函数）
• Linux系统调用之alarm，setitimer函数（定时器，向当前进程发送一个信号、循环/间隔定时器，周期性的向当前进程发送信号）

信号捕捉函数

• Linux系统调用之signal，sigaction函数 （捕捉指定的信号，自定义/默认处理该信号）

信号集的概念

• 许多信号相关的系统调用都需要能表示一组不同的信号，多个信号可使用一个称之为信号集的数据结构来表示，其系统数据类型为 sigset_t。
• 在 PCB 中有两个非常重要的信号集。一个称之为 “阻塞信号集” ，另一个称之为“未决信号集” 。这两个信号集都是内核使用位图机制来实现的。但操作系统不允许我们直接对这两个信号集进行位操作。而需自定义另外一个集合，借助信号集操作函数来对 PCB 中的这两个信号集进行修改。
• 信号的 “未决” 是一种状态，指的是从信号的产生到信号被处理前的这一段时间。
• 信号的 “阻塞” 是一个开关动作，指的是阻止信号被处理，但不是阻止信号产生。
• 信号的阻塞就是让系统暂时保留信号留待以后发送。由于另外有办法让系统忽略信号，所以一般情况下信号的阻塞只是暂时的，只是为了防止信号打断敏感的操作。

阻塞信号集和未决信号集

与信号集相关的函数

• 标准C库sigemptyset、sigfillset函数（清空自定义信号集，阻塞信号
  集所有信号）
• 标准C库之sigismember、sigaddset、sigdelset函数（检查某个信号是否被阻塞，阻塞自定义信号集中的某一个信号，不阻塞自定义信号集中的某一个信号）
• Linux系统调用之sigprocmask、sigpending函数（设置内核阻塞信号集，查看内核未决信号集）

内核实现信号捕捉的过程

SIGCHLD信号

• SIGCHLD信号产生的条件
  • 子进程终止时
  • 子进程接收到 SIGSTOP 信号停止时
  • 子进程处在停止态，接受到SIGCONT后唤醒时

以上三种条件都会给父进程发送 SIGCHLD 信号，父进程默认会忽略该信号

总结

总之，信号是Linux中一种重要的进程间通信机制，它提供了一种简单、灵活的方式来处理进程间的通知和事件。然而，信号机制的异步性和非阻塞性也导致了一些困难和问题，例如竞态条件和信号处理的复杂性。因此，在某些场景下，其他进程间通信机制，如管道、消息队列和共享内存等，可能会更加适合。

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