信号和中断

  “中断”是从I/O设备或协处理器发送到CPU的外部请求，它将CPU从正常执行转移到中断处理。而“信号”是要发送给进程的请求。
进程定义：一个“进程就是一系列活动”
  中断是发送给进程的事件，它将“进程”从正常活动转移到其他活动，称为“中断处理”。“进程”可在完成“中断”处理后恢复正常活动。“中断”一词可以应用于任何“进程”，并不限于计算机中的CPU。每个中断都分配的有一个唯一的ID识别号，并有一个预先安装的动作函数。

进程中断

这类中断时发送给进程的中断。当某进程正在执行时，可能会受到来自3个不同来源的中断：

  • 来自硬件的中断：终端、间隔定时器的"Ctrl+C"组合键等。
  • 来自其他进程的中断：kill(pid,SIG#)、death_of_child等。
  • 自己造成的中断：除以0、无效地址等。
      每个进程中断都被转化为一个唯一的ID号，发送给进程。我们始终可限制在一个进程中的中断的数量。Unix/Linux中的进程中断称为信号，编号为1到30。进程的PROC结构体中有对应每个信号的动作函数，进程可在收到信号后执行该动作函数。
硬件中断

  这类中断是发送给处理器或CPU的信号。他们也有三个可能的来源：

  • 来自硬件的中断：定时器、I/O设备等。
  • 来自其他处理器的中断：FFP、DMA、多处理器系统中的其他CPU。
  • 自己造成的中断：除以0、保护错误、INT指令。
      每个中断都有一个唯一的向量号。CPU不会自己造成中断，基本是由外部终端导致的。
进程的陷阱错误

进程可能会自己造成中断。这些中断是由被CPU识别为异常的错误引起的，例如除以0、无效地址、非法指令、越权等。当进程遇到异常时，它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转化为信号编号，并将信号发送给自己。如果在用户模式下发生异常，则进程的默认操作是终止，并使用一个可选的内存存储进行调试。如果在内核模式下发生陷阱，原因一定是硬件错误，或者很可能是内核代码中的漏洞，在这种情况下，内核无法处理。在Unix/Linux中，内核只会打印一条PANIC错误消息，然后就停止了。

Unix/Linux信号时=示例

（1）按“Ctrl+C”组合键通常会导致当前运行的进程终止。它会产生一个键盘硬件中断，键盘中断处理程序将“Ctrl+C”组合键转换为SIGINT(2）信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输入的过程。在Linux中国，exitValue的低位字节是导致进程终止的信号编号。
（2）用户可使用nohup a.out&命令在后台运行一个程序。即使在用户退出后，进程仍将继续运行。nohup命令会使sh像往常一样复刻子进程来执行程序，但是子进程将会忽略SIGNUP(1)信号。
（3）用户可执行kill pid (or kill -s 9 pid)来杀死该进程。执行杀死的进程向目标进程发送一个SIGTERM(15)信号，请求它死亡。目标进程将会遵从请求并终止。如果进程选择忽略SIGTERM信号，它可能拒绝死亡。而kill -s 9 pid是杀死进程的终极手段。

Unix/Linux中的信号处理

执行kill -l命令可以查看当前系统可能产生的所有信号：

信号的来源
  • 来自硬件中断的信号：在进程执行过程中，一些硬件中断被转换为信号发送给进程。硬件信号的示例是：
  • ①中断键（Ctrl+C），他产生一个SIGINT（2）信号。
  • ②间隔定时器，产生SIGALRM(14)等信号。
  • ③其他硬件错误，如总线错误、IO错误等。
  • 来自异常的信号：当用户模式下的进程遇到异常时，会陷入内核模式，生成一个信号，并发送给自己。常见的陷阱信号有SIGFPE（8），表示浮点异常（除以0），最常见也是最可怕的是SIGSEGV（11），表示段错误。
  • 来自其他进程的信号:进程可使用kill(pid,sig)系统调用向pid标识的目标进程发送信号。
进程PROC结构体中的信号

每个进程PROC都有一个32位向量，用来记录发送给进程的信号。在位向量中，每一位（0位除外）代表一个信号编号。此外，它还有一个信号MASK位向量，用来屏蔽相应的信号。待处理信号只有在未被屏蔽的情况下才有效。因此这样可以让进程延迟处理被屏蔽的信号，类似于CPU屏蔽某些中断。

信号处理函数

每个进程的PROC中都有一个信号处理数组 int sig[32]，sig[32]指向对应的信号处理方式。0表示默认DEFault，1表示忽略IGNore，其他值则对应其他用户模式下预先安装的信号处理(捕捉)函数。

如果信号位向量中的位为1，则会生成一个信号1或将其发送给进程。如果屏蔽位向量的位I为1，则信号会被阻塞或屏蔽。否则，信号未被阻塞。只有当信号存在并且未被阻塞时，信号才会生效或传递给进程。

安装信号捕捉函数

int r = signal(int signal_number, void *handler);是信号捕捉的系统调用，可以用来修改选定的信号编号的处理函数(SIGKILL（9)和SIGSTOP(19)除外)，

  • 第一个参数，是信号的序号，上面已经列出了信号以及对应的序号，既可以用序号，也可以使用信号名
  • 第二个参数，是接收到信号以后处理信号的函数指针
  • 返回值：调用成功，则返回上一次信号处理函数被调用的返回值；调用失败，返回SIG_ERR
    因为存在无法找到对应的函数的情况，所以就无法搭建起信号和信号处理函数之间的联系
    例如：
signal(2,signalhandler);    //建立起2号信号和signalhandler函数之间的关系
                            //等实际收到2号信号时，就会执行signalhandler函数

已安装的信号处理函数将会进入捕捉函数入口:void catcher(int signal_number){···}
sigaction()系统调用是更好的信号捕捉函数,它能够在执行当前捕捉函数时自动阻塞下一个信号，不会出现竞态条件，它的结果如下:
int sigaction (int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
sigaction的结构体如下：

struct sigaction{
void (*sa_handler)(int);//指向处理函数
void (*sa_sigaction)(int ,siginfo_t * ,void *);//是运行信号处理函数的另一种方法，其中signfo_t*能够接受更多的信号
sigset_t sa_mask;//可在处理函数执行期间设置要阻塞的信号
int sa_flags;//修改信号处理进程的行为,若要使用sa_sigaction处理函数，此时本参数的值应为SA_SIGINFO
void (*sa_restorer)(void);
}

sigaction()的使用示例：
代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h> 
#include<signal.h> 
#include<setjmp.h>
#include<string.h>
jmp_buf env;
int count = 0;
void handler(int sig, siginfo_t *siginfo, void *context)
{
printf ("handler: sig=%d from PID=%d UID=%d count=%d\n",
	       	sig, siginfo->si_pid, siginfo->si_uid, ++count); 
	if (count >= 4) // let it occur up to 4 times
		longjmp(env, 1234);
}
int BAD()
{
int *ip = 0;
printf("in BAD(): try to dereference NULL pointer\n");
*ip = 123;	// dereference a NULL pointer
printf("should not see this line\n");
}
int main (int argc, char *argv[])
{
int r;
struct sigaction act;
memset(&act, 0, sizeof(act));
act.sa_sigaction = &handler;
act.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigaction(SIGSEGV,&act,NULL);
if ((r = setjmp(env)) == 0)
	BAD();
else
	printf("proc %d survived SEGMENTATION FAULT: r=%d\n",getpid(), r);

printf("proc %d looping\n",getpid());
while(1);
}

运行结果如下：

进程处理的一些理解

进程处理的过程

进程收到某种信号的时候，并不是立即处理的。比如远处看到红绿灯变成红灯，我们会立即停下吗？并不会，我们会把看到红灯这件事记录在大脑中，等走到路口再停下。进程当前可能在执行优先级更高的东西，所以要选择合适的时候再处理这个信号。已经到来的信号会被暂时保存起来，以供在合适的时候处理，应该保存在哪里呢——进程控制块task_struct。
信号发送的过程可以通过下面这张图来表示：

(1) 信号发送
信号发送的方式多种多样，可以是键盘发送，如Ctrl+C发送2号信号、Ctrl+\发送3号信号。也可以是通过命令行指令发送，如
kill -9 进程pid #给对应的进程发送9号信号
(2) 信号保存
前面也提到了，信号是保存在进程控制块里面的，由OS来保存，具体的保存方式是位图保存，我们可以用kill -l来查看具体的信号有哪些。前面已经演示过了。
我们常见的信号有31个，也就是前31个，我们可以理解为进程使用无符号32位的整型来保存我们收到的信号（实际上Linux中位图的保存没有这么简单）。当没有收到信号时，所有的比特位都是0，类似于 0000 0000 ....当我们收到了2号信号时，那就类似于 0100 0000 ....
(3) 信号捕捉和处理
后面会提到一个阻塞的概念，被阻塞的信号无法被捕捉到，既然无法被捕捉，自然就无法被处理，你托中间人给同事甲送生日礼物，中间人把礼物丢了，同事甲自然就没法处理礼物了。

参考原文链接：https://blog.csdn.net/challenglistic/article/details/124413135

几个信号的作用：
2号信号（SIGINT）：作用是中止进程，快捷键是`Ctrl+C`
3号信号（SIGQUIT）：作用是终止进程并Core Dump，快捷键是`Ctrl+\`
Core Dump是指进程异常中止的时候，把进程用户空间的内存数据保存到磁盘上，文件名为core
9号信号（SIGKILL）：杀死进程同时无法被捕捉到（无法被捕捉到就说明，我们无法修改该信号的默认处理方式）
8号信号（SIGFPE）：是浮点数异常，比如 1/0的情况