Linux系统编程——信号

信号的介绍
- 信号的机制
- 信号的编号
- Linux常规信号一览表
信号的产生
- 终端按键产生信号
- 硬件异常产生信号
- kill函数/命令产生信号
信号的操作函数
- 信号集设定
- sigprocmask函数
- sigpending函数
信号的捕捉
- signal函数
- sigaction函数
- 内核实现信号捕捉的过程
信号的传参
- 捕捉函数传参

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。

信号的编号

可以使用kill –l命令查看当前系统可使用的信号有哪些。

SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP
SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1
SIGSEGV 12) SIGUSR2 13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM
SIGSTKFLT 17) SIGCHLD 18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP
SIGTTIN 22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ
SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO 30) SIGPWR
SIGSYS 34) SIGRTMIN 35) SIGRTMIN+1 36) SIGRTMIN+2 37) SIGRTMIN+3
SIGRTMIN+4 39) SIGRTMIN+5 40) SIGRTMIN+6 41) SIGRTMIN+7 42) SIGRTMIN+8
SIGRTMIN+9 44) SIGRTMIN+10 45) SIGRTMIN+11 46) SIGRTMIN+12 47) SIGRTMIN+13
SIGRTMIN+14 49) SIGRTMIN+15 50) SIGRTMAX-14 51) SIGRTMAX-13 52) SIGRTMAX-12
SIGRTMAX-11 54) SIGRTMAX-10 55) SIGRTMAX-9 56) SIGRTMAX-8 57) SIGRTMAX-7
SIGRTMAX-6 59) SIGRTMAX-5 60) SIGRTMAX-4 61) SIGRTMAX-3 62) SIGRTMAX-2
SIGRTMAX-1 64) SIGRTMAX

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。

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。

Linux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

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。

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。

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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
SIGCHLD：子进程结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
SIGCONT：如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。
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。
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。
SIGTTIN：后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。
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。
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。
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。
SIGXFSZ：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
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。
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。
SIGWINCH：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
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。
SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。
SIGSYS：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生core文件。
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。

信号的产生

终端按键产生信号

Ctrl + c → 2) SIGINT（终止/中断） "INT" ----Interrupt

Ctrl + z → 20) SIGTSTP（暂停/停止） "T" ----Terminal 终端。

Ctrl + \ → 3) SIGQUIT（退出）

硬件异常产生信号

除0操作 → 8) SIGFPE (浮点数例外) "F" -----float 浮点数。

非法访问内存 → 11) SIGSEGV (段错误)

总线错误 → 7) SIGBUS

kill函数/命令产生信号

kill命令产生信号：kill -SIGKILL pid

kill函数：给指定进程发送指定信号(不一定杀死)

int kill(pid_t pid, int sig); 成功：0；失败：-1 (ID非法，信号非法，普通用户杀init进程等权级问题)，设置errno

sig：不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致。

pid > 0: 发送信号给指定的进程。

pid = 0: 发送信号给与调用kill函数进程属于同一进程组的所有进程。

pid < 0: 取|pid|发给对应进程组。

pid = -1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程。

进程组：每个进程都属于一个进程组，进程组是一个或多个进程集合，他们相互关联，共同完成一个实体任务，每个进程组都有一个进程组长，默认进程组ID与进程组长ID相同。

权限保护：super用户(root)可以发送信号给任意用户，普通用户是不能向系统用户发送信号的。 kill -9 (root用户的pid) 是不可以的。同样，普通用户也不能向其他普通用户发送信号，终止其进程。只能向自己创建的进程发送信号。普通用户基本规则是：发送者实际或有效用户ID == 接收者实际或有效用户ID

信号集操作函数

内核通过读取未决信号集来判断信号是否应被处理。信号屏蔽字mask可以影响未决信号集。而我们可以在应用程序中自定义set来改变mask。已达到屏蔽指定信号的目的。

信号集设定

sigset_t set; // typedef unsigned long sigset_t;

int sigemptyset(sigset_t *set); 将某个信号集清0 成功：0；失败：-1

int sigfillset(sigset_t *set); 将某个信号集置1 成功：0；失败：-1

int sigaddset(sigset_t *set, int signum); 将某个信号加入信号集成功：0；失败：-1

int sigdelset(sigset_t *set, int signum); 将某个信号清出信号集成功：0；失败：-1

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);判断某个信号是否在信号集中返回值：在集合：1；不在：0；出错：-1

sigset_t类型的本质是位图。但不应该直接使用位操作，而应该使用上述函数，保证跨系统操作有效。

sigprocmask函数

用来屏蔽信号、解除屏蔽也使用该函数。其本质，读取或修改进程的信号屏蔽字(PCB中)

严格注意，屏蔽信号：只是将信号处理延后执行(延至解除屏蔽)；而忽略表示将信号丢处理。

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); 成功：0；失败：-1，设置errno

参数：

set：传入参数，是一个位图，set中哪位置1，就表示当前进程屏蔽哪个信号。

oldset：传出参数，保存旧的信号屏蔽集。

how参数取值：假设当前的信号屏蔽字为mask

SIG_BLOCK: 当how设置为此值，set表示需要屏蔽的信号。相当于 mask = mask|set
SIG_UNBLOCK: 当how设置为此，set表示需要解除屏蔽的信号。相当于 mask = mask & ~set
SIG_SETMASK: 当how设置为此，set表示用于替代原始屏蔽及的新屏蔽集。相当于 mask = set若，调用sigprocmask解除了对当前若干个信号的阻塞，则在sigprocmask返回前，至少将其中一个信号递达。

sigpending函数

读取当前进程的未决信号集

int sigpending(sigset_t *set); set传出参数。返回值：成功：0；失败：-1，设置errno

信号捕捉

signal函数

注册一个信号捕捉函数：

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

该函数由ANSI定义，由于历史原因在不同版本的Unix和不同版本的Linux中可能有不同的行为。因此应该尽量避免使用它，取而代之使用sigaction函数。

void (signal(int signum, void (sighandler_t)(int))) (int);

sigaction函数

修改信号处理动作（通常在Linux用其来注册一个信号的捕捉函数）

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); 成功：0；失败：-1，设置errno

参数：

act：传入参数，新的处理方式。

oldact：传出参数，旧的处理方式。

struct sigaction结构体

struct sigaction {

void (*sa_handler)(int);

void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);

sigset_t sa_mask;

int sa_flags;

void (*sa_restorer)(void);

};

sa_restorer：该元素是过时的，不应该使用，POSIX.1标准将不指定该元素。(弃用)

sa_sigaction：当sa_flags被指定为SA_SIGINFO标志时，使用该信号处理程序。(很少使用)

重点掌握：

① sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名(即注册函数)。也可赋值为SIG_IGN表忽略或 SIG_DFL表执行默认动作

② sa_mask: 调用信号处理函数时，所要屏蔽的信号集合(信号屏蔽字)。注意：仅在处理函数被调用期间屏蔽生效，是临时性设置。

③ sa_flags：通常设置为0，表使用默认属性。

信号捕捉特性

进程正常运行时，默认PCB中有一个信号屏蔽字，假定为☆，它决定了进程自动屏蔽哪些信号。当注册了某个信号捕捉函数，捕捉到该信号以后，要调用该函数。而该函数有可能执行很长时间，在这期间所屏蔽的信号不由☆来指定。而是用sa_mask来指定。调用完信号处理函数，再恢复为☆。
XXX信号捕捉函数执行期间，XXX信号自动被屏蔽。
阻塞的常规信号不支持排队，产生多次只记录一次。（后32个实时信号支持排队）

内核实现信号捕捉过程：

信号传参

捕捉函数传参

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