linux信号调用机制
在Linux中，信号是进程间通讯的一种方式，它采用的是异步机制。当信号发送到某个进程中时，操作系统会中断该进程的正常流程，并进入相应的信号处理函数执行操作，完成后再回到中断的地方继续执行。
需要说明的是，信号只是用于通知进程发生了某个事件，除了信号本身的信息之外，并不具备传递用户数据的功能。
1 信号的响应动作
每个信号都有自己的响应动作，当接收到信号时，进程会根据信号的响应动作执行相应的操作，信号的响应动作有以下几种：
- 中止进程(Term)
- 忽略信号(Ign)
- 中止进程并保存内存信息(Core)
- 停止进程(Stop)
- 继续运行进程(Cont)
用户可以通过signal或sigaction函数修改信号的响应动作（也就是常说的“注册信号”，在文章的后面会举例说明）。另外，在多线程中，各线程的信号响应动作都是相同的，不能对某个线程设置独立的响应动作。
2 信号类型
Linux支持的信号类型可以参考下面给出的列表。
2.1 在POSIX.1-1990标准中的信号列表
| 信号 | 值 | 动作 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SIGHUP | 1 | Term | 终端控制进程结束(终端连接断开) |
| SIGINT | 2 | Term | 用户发送INTR字符(Ctrl+C)触发 |
| SIGQUIT | 3 | Core | 用户发送QUIT字符(Ctrl+/)触发 |
| SIGILL | 4 | Core | 非法指令(程序错误、试图执行数据段、栈溢出等) |
| SIGABRT | 6 | Core | 调用abort函数触发 |
| SIGFPE | 8 | Core | 算术运行错误(浮点运算错误、除数为零等) |
| SIGKILL | 9 | Term | 无条件结束程序(不能被捕获、阻塞或忽略) |
| SIGSEGV | 11 | Core | 无效内存引用(试图访问不属于自己的内存空间、对只读内存空间进行写操作) |
| SIGPIPE | 13 | Term | 消息管道损坏(FIFO/Socket通信时，管道未打开而进行写操作) |
| SIGALRM | 14 | Term | 时钟定时信号 |
| SIGTERM | 15 | Term | 结束程序(可以被捕获、阻塞或忽略) |
| SIGUSR1 | 30,10,16 | Term | 用户保留 |
| SIGUSR2 | 31,12,17 | Term | 用户保留 |
| SIGCHLD | 20,17,18 | Ign | 子进程结束(由父进程接收) |
| SIGCONT | 19,18,25 | Cont | 继续执行已经停止的进程(不能被阻塞) |
| SIGSTOP | 17,19,23 | Stop | 停止进程(不能被捕获、阻塞或忽略) |
| SIGTSTP | 18,20,24 | Stop | 停止进程(可以被捕获、阻塞或忽略) |
| SIGTTIN | 21,21,26 | Stop | 后台程序从终端中读取数据时触发 |
| SIGTTOU | 22,22,27 | Stop | 后台程序向终端中写数据时触发 |
注：其中SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕获、阻塞或忽略。
2.2 在SUSv2和POSIX.1-2001标准中的信号列表
| 信号 | 值 | 动作 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SIGTRAP | 5 | Core | Trap指令触发(如断点，在调试器中使用) |
| SIGBUS | 0,7,10 | Core | 非法地址(内存地址对齐错误) |
| SIGPOLL | Term | Pollable event (Sys V). Synonym for SIGIO | |
| SIGPROF | 27,27,29 | Term | 性能时钟信号(包含系统调用时间和进程占用CPU的时间) |
| SIGSYS | 12,31,12 | Core | 无效的系统调用(SVr4) |
| SIGURG | 16,23,21 | Ign | 有紧急数据到达Socket(4.2BSD) |
| SIGVTALRM | 26,26,28 | Term | 虚拟时钟信号(进程占用CPU的时间)(4.2BSD) |
| SIGXCPU | 24,24,30 | Core | 超过CPU时间资源限制(4.2BSD) |
| SIGXFSZ | 25,25,31 | Core | 超过文件大小资源限制(4.2BSD) |
注：在Linux 2.2版本之前，SIGSYS、SIGXCPU、SIGXFSZ以及SIGBUS的默认响应动作为Term，Linux 2.4版本之后这三个信号的默认响应动作改为Core。
2.3 其它信号
| 信号 | 值 | 动作 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SIGIOT | 6 | Core | IOT捕获信号(同SIGABRT信号) |
| SIGEMT | 7,-,7 | Term | 实时硬件发生错误 |
| SIGSTKFLT | -,16,- | Term | 协同处理器栈错误(未使用) |
| SIGIO | 23,29,22 | Term | 文件描述符准备就绪(可以开始进行输入/输出操作)(4.2BSD) |
| SIGCLD | -,-,18 | Ign | 子进程结束(由父进程接收)(同SIGCHLD信号) |
| SIGPWR | 29,30,19 | Term | 电源错误(System V) |
| SIGINFO | 29,-,- | 电源错误(同SIGPWR信号) | |
| SIGLOST | -,-,- | Term | 文件锁丢失(未使用) |
| SIGWINCH | 28,28,20 | Ign | 窗口大小改变时触发(4.3BSD, Sun) |
| SIGUNUSED | -,31,- | Core | 无效的系统调用(同SIGSYS信号) |
注意：列表中有的信号有三个值，这是因为部分信号的值和CPU架构有关，这些信号的值在不同架构的CPU中是不同的，三个值的排列顺序为：1，Alpha/Sparc；2，x86/ARM/Others；3，MIPS。
例如SIGSTOP这个信号，它有三种可能的值，分别是17、19、23，其中第一个值（17）是用在Alpha和Sparc架构中，第二个值（19）用在x86、ARM等其它架构中，第三个值（23）则是用在MIPS架构中的。
3 信号机制
文章的前面提到过，信号是异步的，这就涉及信号何时接收、何时处理的问题。
我们知道，函数运行在用户态，当遇到系统调用、中断或是异常的情况时，程序会进入内核态。信号涉及到了这两种状态之间的转换，过程可以先看一下下面的示意图：
接下来围绕示意图，将信号分成接收、检测和处理三个部分，逐一讲解每一步的处理流程。
3.1 信号的接收
接收信号的任务是由内核代理的，当内核接收到信号后，会将其放到对应进程的信号队列中，同时向进程发送一个中断，使其陷入内核态。
注意，此时信号还只是在队列中，对进程来说暂时是不知道有信号到来的。
3.2 信号的检测
进程陷入内核态后，有两种场景会对信号进行检测：
- 进程从内核态返回到用户态前进行信号检测
- 进程在内核态中，从睡眠状态被唤醒的时候进行信号检测
当发现有新信号时，便会进入下一步，信号的处理。
3.3 信号的处理
信号处理函数是运行在用户态的，调用处理函数前，内核会将当前内核栈的内容备份拷贝到用户栈上，并且修改指令寄存器（eip）将其指向信号处理函数。
接下来进程返回到用户态中，执行相应的信号处理函数。
信号处理函数执行完成后，还需要返回内核态，检查是否还有其它信号未处理。如果所有信号都处理完成，就会将内核栈恢复（从用户栈的备份拷贝回来），同时恢复指令寄存器（eip）将其指向中断前的运行位置，最后回到用户态继续执行进程。
至此，一个完整的信号处理流程便结束了，如果同时有多个信号到达，上面的处理流程会在第2步和第3步骤间重复进行。
重点理解上图三个部分：信号检测/信号调用/信号处理程序返回。明白怎么从正常进程到信号处理程序再到正常进程的过程。
4 信号的使用
4.1 发送信号
用于发送信号的函数有raise、kill、killpg、pthread_kill、tgkill、sigqueue，这几个函数的含义和用法都大同小异，这里主要介绍一下常用的raise和kill函数。
raise函数：向进程本身发送信号
函数声明如下：
#include <signal.h>
int raise(int sig);
函数功能是向当前程序(自身)发送信号，其中参数sig为信号值。
kill函数：向指定进程发送信号
函数声明如下：
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
函数功能是向特定的进程发送信号，其中参数pid为进程号，sig为信号值。
在这里的参数pid，根据取值范围不同，含义也不同，具体说明如下：
- pid > 0 ：向进程号为pid的进程发送信号
- pid = 0 ：向当前进程所在的进程组发送信号
- pid = -1 ：向所有进程(除PID=1外)发送信号(权限范围内)
- pid < -1 ：向进程组号为-pid的所有进程发送信号
另外，当sig值为零时，实际不发送任何信号，但函数返回值依然有效，可以用于检查进程是否存在。
4.2 等待信号被捕获
等待信号的过程，其实就是将当前进程(线程)暂停，直到有信号发到当前进程(线程)上并被捕获，函数有pause和sigsuspend。
pause函数：将进程(或线程)转入睡眠状态，直到接收到信号
函数声明如下：
#include <unistd.h>
int pause(void);
该函数调用后，调用者(进程或线程)会进入睡眠(Sleep)状态，直到捕获到(任意)信号为止。该函数的返回值始终为-1，并且调用结束后，错误代码(errno)会被置为EINTR。
sigsuspend函数：将进程(或线程)转入睡眠状态，直到接收到特定信号
函数声明如下：
#include <signal.h>
int sigsuspend(const sigset_t *mask);
该函数调用后，会将进程的信号掩码临时修改(参数mask)，然后暂停进程，直到收到符合条件的信号为止，函数返回前会将调用前的信号掩码恢复。该函数的返回值始终为-1，并且调用结束后，错误代码(errno)会被置为EINTR。
4.3 修改信号的响应动作
用户可以自己重新定义某个信号的处理方式，即前面提到的修改信号的默认响应动作，也可以理解为对信号的注册，可以通过signal或sigaction函数进行，这里以signal函数举例说明。
首先看一下函数声明：
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
第一个参数signum是信号值，可以从前面的信号列表中查到，第二个参数handler为处理函数，通过回调方式在信号触发时调用。
下面为示例代码：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
/* 信号处理函数 */
void sig_callback(int signum) {
switch (signum) {
case SIGINT:
/* SIGINT: Ctrl+C 按下时触发 */
printf("Get signal SIGINT. \r\n");
break;
/* 多个信号可以放到同一个函数中进行 通过信号值来区分 */
default:
/* 其它信号 */
printf("Unknown signal %d. \r\n", signum);
break;
}
return;
}
/* 主函数 */
int main(int argc, char *argv[]) {
printf("Register SIGINT(%u) Signal Action. \r\n", SIGINT);
/* 注册SIGINT信号的处理函数 */
signal(SIGINT, sig_callback);
printf("Waitting for Signal ... \r\n");
/* 等待信号触发 */
pause();
printf("Process Continue. \r\n");
return 0;
}
源文件下载：链接
例子中，将SIGINT信号（Ctrl+C触发）的动作接管(打印提示信息)，程序运行后，按下Ctrl+C，命令行输出如下：
./linux_signal_example
Register SIGINT(2) Signal Action.
Waitting for Signal ...
^CGet signal SIGINT.
Process Continue.
进程收到SIGINT信号后，触发响应动作，将提示信息打印出来，然后从暂停的地方继续运行。这里需要注意的是，因为我们修改了SIGINT信号的响应动作（只打印信息，不做进程退出处理），所以我们按下Ctrl+C后，程序并没有直接退出，而是继续运行并将"Process Continue."打印出来，直至程序正常结束。
转载：http://hutaow.com/blog/2013/10/19/linux-signal/
