一篇文章彻底搞定Linux信号！

 

1.信号是什么？

信号其实就是一个软件中断。

例：

输入命令，在 Shell 下启动一个前台进程。

用户按下 Ctrl-C，键盘输入产生一个硬件中断。

如果 CPU 当前正在执行这个进程的代码，则该进程的用户空间代码暂停执行， CPU 从用户态切换到内核态处理硬件中断。

终端驱动程序将 Ctrl-C 解释成一个 SIGINT 信号，记在该进程的 PCB 中（也可以说发送了一个 SIGINT 信号给该进程）。

当某个时刻要从内核返回到该进程的用户空间代码继续执行之前，首先处理 PCB 中记录的信号，发现有一个 SIGINT 信号待处理，而这个信号的默认处理动作是终止进程，所以直接终止进程而不再返回它的用户空间代码执行。

在这个例子中，由 ctrl+c 产生的硬件中断就是一个信号。Ctrl+C 产生的信号只能发送给前台进程，命令后加 & 就可放到后台运行。Shell 可同时运行一个前台进程和任意多个后台进程，只有前台进程才能接受到像 CTRL+C 这种控制键产生的信号。

2.信号的种类

使用命令查看：

 

kill -l

 

非可靠信号：1~31 号信号，信号可能会丢失 可靠信号：34~64 号信号，信号不可能丢失

SIGHUP：1 号信号，Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process（在控制终端上挂起信号，或让进程结束），ation：term

SIGINT：2 号信号，Interrupt from keyboard（键盘输入中断，「ctrl + c」 ），action：term

SIGQUIT：3 号信号，Quit from keyboard（键盘输入退出「ctrl+ |」 ），action：core，产生 core dump 文件

SIGABRT：6 号信号，Abort signal from abort(3)（非正常终止，「double free」），action：core

SIGKILL：9 号信号，Kill signal（杀死进程信号），action：term，该信号不能被阻塞、忽略、自定义处理

SIGSEGV：11 号信号，Invalid memory reference（无效的内存引用，解引用空指针、内存越界访问），action：core

SIGPIPE：13 号信号，Broken pipe: write to pipe with no readers（管道中止: 写入无人读取的管道，会导致管道破裂），action：term

SIGCHLD：17 号信号，Child stopped or terminated（子进程发送给父进程的信号，但该信号为忽略处理的）

SIGSTOP：19 号信号，Stop process（停止进程），action：stop

SIGTSTP：20 号信号，Stop typed at terminal（终端上发出的停止信号，「ctrl + z」），action：stop

具体的信号采取的动作和详细信息可查看：「man 7 signal」

3.信号的产生

3.1 硬件产生

硬件产生即通过终端按键产生的信号：

ctrl + c：SIGINT(2)，发送给前台进程，& 进程放到后台运行，fg 把刚刚放到后台的进程，再放到前台来运行

ctrl + z：SIGTSTP(20)，一般不用，除非有特定场景

ctrl + | ：SIGQUIT(3)，产生 core dump 文件

产生 core dump 文件的条件：

 

当前OS一定不要限制core dump文件的大小，ulimit -a
磁盘空间要足够
如何产生：
3.1 解引用空指针，收到11号信号，产生core dump文件
3.2 内存访问越界，程序一旦崩溃，就会收到11号信号，也就会产生core dump文件
3.3 double free，收到6号信号，并产生core dump。
3.4 free（NULL），不会崩溃

 

3.2 软件产生

软件产生即调用系统函数向进程发信号

kill 函数

 

#include 
#include 
int kill(pid_t pid, int sig);
参数解释：
pid：进程号
sig：要发送的信号值
返回值：成功返回0，失败返回-1，并设置错误

 

kill 命令：kill -[信号] pid，

abort：void abort(void);，收到 6 号信号，谁调用该函数，谁就收到信号

alarm：unsigned int alarm(unsigned int seconds);，收到 14 号信号，告诉内核在 seconds 秒后给进程发送 SIGALRM 信号，该信号默认处理动作为终止当前进程。

4.信号的注册

信号注册又分为可靠信号的注册和非可靠信号的注册。信号注册实际上是一个位图和一个 sigqueue 队列。

4.1 非可靠信号的注册

当进程收到非可靠信号时：

将非可靠信号对应的比特位置为 1

添加 sigqueue 节点到 sigqueue 队列当中，但是，在添加 sigqueue 节点的时候，队列当中已然有了该信号的 sigqueue 节点，则不添加

4.2 可靠信号的注册

当进程所受到可靠信号时：

在 sig 位图中更改信号对应的比特位为 1 不论之前 sigqueue 队列中是否存在该信号的 sigqueue 节点，都再次添加 sigqueue 节点到 sigqueue 队列当中去

5.信号的注销

5.1 非可靠信号的注销

信号对应的比特位从 1 置为 0 将该信号的 sigqueue 节点从 sigqueue 队列当中进行出队操作

5.2 可靠信号的注销

将该信号的 sigqueue 节点从 sigqueue 队列当中进行出队操作 需要判断 sigqueue 队列当中是否还有相同的 sigqueue 节点：①没有了：信号比特位从 1 置为 0 ②还有：不会更改 sig 位图中的比特位

6.信号阻塞

6.1 信号是怎样阻塞的？

 

信号的阻塞，并不会干扰信号的注册。信号能注册，但不能被立即处理， 将 block 位图中对应的信号比特位置为 1，表示阻塞该信号 进程收到该信号，还是一如既往的注册 当进程进入到内核空间，准备返回用户空间的时候，调用 do_signal 函数，就不会立即去处理该信号了 当该信号不被阻塞后，就可以进行处理了

 

6.2sigprocmask

函数原型：int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); 参数解释：

 

how，该做什么样的操作
SIG_BLOCK：设置信号为阻塞
SIG_UNBLOCK：解除信号阻塞
SIG_SETMASK：替换阻塞位图
set：用来设置阻塞位图
SIG_BLOCK：设置某个信号为阻塞，block（new） = block（old） | set
SIG_UNBLOCK：解除某个信号阻塞，block（new）= block（old） & （~set）
SIG_SETMASK：替换阻塞位图，block（new）= set
oldset：原来的阻塞位图

 

例：下述例子，信号全部被阻塞，采用 kill -9，将该进程结束掉

 

#include 
#include 
#include 


void signcallback(int signumber)
{
  printf("change the signal %d
",signumber);
}

int main()
{
  sigset_t set;
  sigset_t oldset;
  sigfillset(&set);//所有比特位全置为1，则信号全部会被阻塞
  sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oldset);
  while(1)
  {
    sleep(1);
  }

  return 0;
}

 

结果：此时发送信号是不会有作用的，采用 kill -9 强杀掉

7.信号未决

7.1 未决概念

实际执行信号的处理动作称为信号递达（Delivery），信号从产生到递达之间的状态，称为信号未决（Pending）。进程可以选择阻塞（Block）某个信号。被阻塞的信号产生时将保持在未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才执行递达的动作。注意，阻塞和忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会递达，而忽略是、在递达之后可选的一种处理动作。

7.2 sigpending

函数原型：int sigpending(sigset_t *set); 读取当前进程的未决信号集，通过 set 参数传出。调用成功返回 0，出错返回 - 1.

例：

 

#include 
#include 
#include 

void signalcallback(int signumber)
{
  printf("chang signumber %d
",signumber);
}
void printsigset(sigset_t *set)
{
  int i = 0;
  for(;i < 32;i++)
  {
    if(sigismember(set,i))
    {
      putchar('1');
    }
    else{
      putchar('0');
    }
  }
}

int main()
{
  signal(2,signalcallback);
  signal(10,signalcallback);
  sigset_t set;
  sigset_t oldset;
  sigset_t pending;
  sigfillset(&set);//所有比特位全部置为1，则信号会全部被阻塞
  sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oldset);
  while(1)
  {
    sigpending(&pending);
    printsigset(&pending);
    sleep(1);
  }

  return 0;
}

 

结果：

8.信号的处理方式

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞和未决，还有一个函数指针表示处理动作。

 

在上述例子中：

SIGHUP 信号未阻塞也未产生过，当它递达时执行默认处理动作。

SIGINT 信号产生过，但正在被阻塞，所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略，但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号，因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。

SIGQUIT 信号未产生过，一旦产生 SIGQUIT 信号将被阻塞，它的处理动作是用户自定义函数 sighandler。

8.1signal 函数

该函数可以更改信号的处理动作。

 

typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
参数解释：

signum：更改的信号值
handler：函数指针，要更改的动作是什么

 

实际上，该函数内部也调用了 sigaction 函数。

8.2sigaction 函数

读取和修改与指定信号相关联的处理动作。

 

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

 

参数解释：

 

signum：待更改的信号值

 

struct sigaction 结构体：

 

void     (*sa_handler)(int);//函数指针，保存了内核对信号的处理方式
void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);//
sigset_t   sa_mask;//保存的是当进程在处理信号的时候，收到的信号
int        sa_flags;//SA_SIGINFO，OS在处理信号的时候，调用的就是sa_sigaction函数指针当中
//保存的值0，在处理信号的时候，调用sa_handler保存的函数
void     (*sa_restorer)(void);

 

例：

 

#include 
#include 
#include 

void signcallback(int signumber)
{
  printf("change signumber %d
",signumber);
}


int main()
{
  struct sigaction act;//act为入参
  sigemptyset(&act.sa_mask);
  act.sa_flags = 0;
  act.sa_handler = signcallback;

  struct sigaction oldact;//oldact为出参
  sigaction(3,&act,&oldact);
  while(1)
  {
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

 

结果：

8.3 自定义信号处理的流程

「task_struct」 结构体中有一个「struct sighand_struct」 结构体。

「struct sighand_struct」 结构体有一个 「struct k_sigaction action[_NSIG]」 结构体数组。

该数组中，其中的 「_sighandler_t sa_handler」 保存的是信号的处理方式，通过改变其指向，可以实现我们对自定义信号的处理。

9.信号的捕捉

9.1 信号捕捉的条件

如果信号的处理动作是用户自定义函数，在信号递达时就调用这个函数，这就称为信号捕捉。

9.2 信号捕捉流程

内核态返回用户态会调用 do_signal 函数，两种情况：

无信号：sys_return 函数，返回用户态

有信号：先处理信号，信号返回，再调用 do_signal 函数 例：

程序注册了 SIGQUIT 信号的处理函数 sighandler。

当前正在执行 main 函数，这时发生中断或异常切换到内核态。

在中断处理完毕后要返回用户态的 main 函数之前检查到有信号 SIGQUIT 递达。

内核决定返回用户态后不是恢复 main 函数的上下文继续执行，而是执行 sighandler 函数， sighandler 和 main 函数使用不同的堆栈空间，它们之间不存在调用和被调用的关系，是两个独立的控制流程。

sighandler 函数返回后自动执行特殊的系统调用 sigreturn 再次进入内核态。

如果没有新的信号要递达，这次再返回用户态就是恢复 main 函数的上下文继续执行了。

10.常用信号集操作函数

 

int sigemptyset(sigset_t *set);：//将比特位图全置为0

int sigfillset(sigset_t *set);//将比特位图全置为1

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);//将该set位图，多少号信号置为1

int sigdelset(sigset_t *set, int signum);//将该set位图，多少号信号置为0

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);//信号signum是否是set位图中的信号

 

11.SIGCHLD 信号

该信号是子进程在结束是发送给父进程的信号，但是该信号的处理方式是默认处理的。父进程对子进程发送过来的 SIGCHLD 信号进行了忽略处理，就会导致子进程成为僵尸进程。

可以自定义该信号的处理方式：

 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

void signcallback(int signumber)
{
  printf("change signal %d
",signumber);
  wait(NULL);
}

int main()
{
  signal(17,signcallback);
  pid_t pid = fork();
  if(pid < 0)
  {
    perror("fork");
    return -1;
  }
  else if(pid == 0)
  {
    printf("I am child
");
    sleep(1);
    exit(12);
  }
  else{
    while(1)
    {
      sleep(1);
    }
  }
  return 0;
}

 

指令查看后台：「ps aux | grep ./fork」

　　审核编辑：汤梓红