linux信号基本概念及如何产生信号
linux信号基本概念及如何产生信号
摘自：https://blog.csdn.net/summy_j/article/details/73199069
阅前须知
本文的主要内容有：
1.信号的基本概念（包括进程对信号的3种处理方式）
2.特殊信号举例：写代码证明信号存在，并实现信号的简单捕捉
3.如何产生一个信号（代码举例：mykill的实现）
其中拓展知识有：
1.前台进程与后台进程（代码举例）
2.核心转储core dumped的概念及其在代码调试中的作用（代码举例）
——>全篇阅读大概需要5分钟<——
信号的基本概念
首先，我们可以用kill -l命令查看系统中定义的信号列表：
乍一看，好像有64种信号，但如果仔细观察，你就会发现并非如此。没有32和33号信号。一共只有62个信号。。。
说实话，你是不是和博主刚开始一样被骗了>.<
我们可以看到，每个信号都有一个编号和一个宏定义名称，这些宏定义可以在头文件signal.h中找到。
其中编号34以上的是实时信号，34以下的信号是普通信号。而这些信号各自在什么条件下产生，默认的处理动作是什么，在signal(7)中都有详细说明，在命令行上输入man 7 signal：
知道了什么是信号，那么为什么有信号，信号是谁发送给谁的呢，怎么发送？
答案很简单，想想我们在日常生活中也有很多信号，比如常见的红绿灯信号。所以linux中的信号也是类似的。它无非是想提供一个机制在需要的时候告诉某个进程该怎样做。是一种规定，便于系统操作。就像我们都知道”红灯停，绿灯行“一样。
信号的发送者有很多，比如终端驱动程序，进程，系统。而接收者大多是一个进程。
那么怎么做就是给某进程发送一个信号呢？事实上，给进程发一个信号就是修改目标进程pcb结构体中的关于信号的字段（让进程记录此信号），想一想，用什么数据结构可以解决这个问题呢？
答案也很简单，进程是否接收到信号本身是一个原子问题。它要么收到，要么没收到。所以可以用位图来表示进程是否收到信号，只需要修改一个比特位（操作系统完成）：收到信号就置1。如果有小伙伴不了解位图的概念，可以戳这里：STL容器BitSet（位图）——1道腾讯笔试题的正确打开方式
进程收到信号后，其可选的处理动作有以下三种:
忽略此信号。
执⾏行该信号的默认处理动作（终止该信号）。
提供⼀个信号处理函数（自定义动作）,要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数,这种方式称为捕捉(Catch)一个信号。
Code（特殊信号举例）
知道了信号的基本概念，接下来我们通过代码来感受信号的真实存在性。
以 2号信号SIGINT：Ctrl + C为例。
代码：写一个死循环程序，并用进程命令查看。观察输入Ctrl + C前后系统中的进程变化
可以看到，在终端按下Ctrl + C产生一个硬件中断，向进程发送了2号信号，系统中pid为4940的进程（sig）被终止。
知识拓展1：前台进程与后台进程
以上边程序为例，我们在运行程序时在命令后边加一个”&“符号，再用命令查看系统中的进程，就会变成这样：
图中我们可以看到，加”&“运行程序后，系统发送了一个编号，编号后是对应进程的pid。用命令查看发现系统中确实多了一个编号为pid的进程。而且无法用Ctrl + C终止它。
其实这就是后台进程，一个程序运行命令后面加个&可以放到后台运行。形成后台进程，对于前台进程与后台进程，我们需要知道以下几点：
1.用命令查看时，发现后台进程STAT状态栏是R，所以有+表示前台进程，无+表示后台进程。
2.Ctrl-C产生的信号只能发给前台进程。因为后台进程使Shell不必等待进程结束就可以接受新的命令，启动新的进程。而前台进程运行时占用SHELL，它运行的时候SHELL不能接受其他命令。
3.Shell可以同时运行一个前台进程和任意多个后台进程。
4.前台进程在运行过程中用户随时可能按下Ctrl-C而产生一个信号,也就是说该进程的用户空间代码执行到任何地方都有可能收到SIGINT信号而终止,所以信号相对于进程的控制流程来说是异步(Asynchronous)的。
后台进程也不是任一进程都能做，要看实际情况。一般来说，如果某进程不需从键盘输入输出（交互少的）或者执行所需时间较长的话，就比较合适做后台进程。
为了证明ctrl+c就对应2号信号，接下来利用信号捕捉函数来简单实现对2号信号的捕捉。
代码：加入signal函数，它是一个信号捕捉函数，包在signal.h头文件中。
执行结果：
信号的产生
首先明确信号的4种产生条件：
1.通过终端按键（组合键）产生信号
2.硬件异常产生的信号
3.调用系统函数向进程发信号
4.由软件条件产生信号
接下来，详细说明每种产生条件的含义和方法。
————通过终端按键（组合键）产生信号————
其实这种方式上面已经讲过一种了，就是Ctrl+C组合键。并且其对应信号为2号SIGINT
其实还有很多种通过组合键产生的信号，比如：Ctrl+\ 它对应的是3号信号SIGQUIT：
那么2号信号和3号信号都是终止进程的，他们有什么不同呢？区别就在这里：
如果去掉信号捕捉，键入Ctrl+\就会发现后边多了一个core dumped，这是什么鬼？
所以SIGINT的默认处理动作是终止进程，而SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且Cor Dump。下面解释什么是 Core Dump。
知识拓展2：核心转储core dumped
概念：当⼀个进程要异常终止时，可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上，文件名通常是core，这叫做Core Dump。也叫核心转储，帮助开发者进行调试，在程序崩溃时把内存数据dump到硬盘上，让gdb识别
。
一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的 Resource Limit(这个信息保存在PCB中)。默认是不允许产生core文件的，因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息，不安全。
用ulimit -a命令查看系统中的软硬件资源限制
其中core file size = 0，也就印证了上边的说法.
上边还有其他资源的限制，比如：
硬盘swap分区：用于内存数据换入换出的分区
max locked memory：不允许换出的内存数据，就被锁住
但我们在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制, 允许产生core文件：ulimit -c 1024，允许core⽂件最大为1024K
更改后再次运行程序就可以看到core文件，其文件名后边的数字就是进程的pid号。
进程异常终止通常是因为有 Bug，比如非法内存访问导致段错误，事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因,这叫做 Post-mortem Debug（事后调试）。
如图，输入命令就可以直接定位到是SIGQUIT信号引起的进程退出。
这里只讲这一种，有兴趣的小伙伴可以再百度下其他组合键产生的信号。
————-硬件异常产生的信号————
硬件异常产生信号是由硬件检测到并通知内核，然后内核向当前进程发送的信号。
例如当前进程执行了除以0的指令，CPU的运算单元会产生异常。内核将这个异常解释为SIGFPE信号发送给进程。
再⽐如当前进程访问了非法内存地址，MMU会产⽣生异常。内核将这个异常解释为SIGSEGV信号（11号）发送给进程：
加入引起段错误的代码：
运行：
这种硬件异常同样会引起核心转储：
所以我们可以知道：windows下程序崩溃也是因为进程收到了信号
而且有了信号的概念就可以很好理解C++中的异常了。
————调用系统函数向进程发信号————
系统中定义了3个函数来给进程发送信号。
1.Kill命令（用kill函数实现）：可以给任意进程发送任意信号（功能很强大）
比如继续运行刚才的死循环程序，用kill命令也可以向其发送3号SIGQUIT信号终止它。
命令行上输入指令man 2 kill就可以看到函数kill（系统调用接口）的实现：
下面是它两个参数不同值所表示的含义：
下来利用kill函数实现仿kill命令的mykill命令：：
step1：利用kill函数实现mykill.c
step2：写一个进程
用mykill向进程发送信号：
这里可以发现，9号信号是不能被捕捉的。。
2.raise函数：给当前进程发送指定的信号(⾃己给⾃己发信号)。
函数原型：
执行效果：
3.abort函数（stdlib.h）：自己给自己发送signal abort(6)号信号（终止进程）
函数原型：void abort(void)
执行效果：
捕捉后进程会终止掉，不会频繁打印get a singal
————由软件条件产生信号 ————
SIGPIPE和SIGALRM信号都是由软件条件产生的信号。以alarm函数 和SIGALRM信号为例。
函数原型： unsigned int alarm(unsigned int seconds)，在头文件unistd.h中。
作用机制：调用alarm函数可以设定⼀个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动作是终⽌当前进程。这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。
举个栗子：
某人要小睡一觉，设定闹钟为30分钟之后响，20分钟后被别人吵醒了,但还想多睡一会儿。于是重新设定闹钟为15分钟之后响,“以前设定的闹钟时间还余下的时间”就是10分钟。
如果seconds值为0,表示取消以前设定的闹钟，函数的返回值仍然是以前设定的闹钟时间还余下的秒数
闹钟：在一段时间之后才产生的信号（这个机制是不是和sleep函数有点像呢。。。）
代码：
执行结果：
The End
信号产生后，在进程pcb中如何组织存储也是值得研究的问题。博主的下一篇博客中也会有介绍，敬请期待。
