目录

一、信号是什么？

二、Linux信号

 三、信号处理方式

四、信号的产生

1、 通过终端按键产生信号

 2、调用系统函数向进程发信号

3、 硬件异常产生信号

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一、信号是什么？

        在生活中，有许多信号，比如红绿灯，下课铃声，而我们接收到这些信号，就会做出相应的处理，而有时候接收到信号后也不是立即处理，可能会过段时间处理。我们提前知道了该如何处理对应的信号，比如绿灯过马路，同样的，进程提前内置了信号识别功能。

        信号是一种进程间通信机制，用于通知进程发生了特定事件。这些事件可以是来自内核的通知（例如，进程已经终止）或者其他进程发送的信号。信号可以被用来实现进程之间的同步、中断处理、错误处理等。

需要注意的是：信号是异步的，信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

信号是异步的，这意味着进程可以在任何时间接收到信号，而不是在特定的时间点或代码位置。当信号发生时，操作系统会中断进程的正常执行，将控制权交给信号处理函数（如果有），然后在处理完信号后恢复进程的执行。

因此，进程在执行期间可能会突然被信号中断，而不是在特定的同步点。这也意味着编写信号处理函数时需要格外小心，因为处理函数可能会在任何时候执行，并且需要考虑信号处理函数的安全性和可重入性。

信号的特点： 

延时性：信号的处理可能会受到一定程度的延迟，这取决于操作系统的调度和处理机制。虽然在用户层看来延时不易察觉，但对于某些实时性要求高的应用可能会产生影响。

异步通信：信号是一种异步通信方式，进程可以在任何时间接收到信号，而不需要在特定的同步点等待。

用户空间和内核空间交互：信号是用户空间和内核空间之间进行交互的重要机制，内核可以通过发送信号来通知用户空间进程发生了特定的系统事件，从而实现进程间的通信和协作。

这些特性使得信号成为操作系统中重要的进程间通信方式之一，能够实现进程之间的同步、事件处理、中断处理等功能。

二、Linux信号

使用kill -l 可以查看系统定义的信号列表 

下面是一些常用信号的功能：

1. SIGINT (2)：终端中断，通常由用户在终端中按下Ctrl+C发送，用于中止进程执行。

2. SIGILL (4)：非法指令，表示进程执行了非法的机器指令。

3. SIGFPE (8)：浮点异常，表示进程执行了一个不合法的浮点运算，如除以零或产生了溢出。

4. SIGSEGV (11)：段错误，表示进程访问了无效的内存地址。

5. SIGTERM (15)：终止请求，通常用于请求进程正常终止。

6. SIGKILL (9)：强制终止，无法被捕获或忽略的信号，立即终止目标进程。

7. SIGHUP (1)：终端挂起，通常表示与终端的连接断开。

8. SIGPIPE (13)：管道破裂，表示进程尝试向已关闭的管道写入数据。

9. SIGALRM (14)：定时器超时，表示定时器已经超时。

10. SIGUSR1 (10) 和 SIGUSR2 (12)：用户定义信号，可以由用户进程自定义使用。

 可以使用man 7 signal来查看信号对应的处理动作

信号四要素：

信号编号（Signal Number）：每个信号都有一个唯一的编号，用来标识特定的事件或异常。这些编号通常是整数，如SIGINT的编号是2。

信号名称（Signal Name）：每个信号都有一个可读性的名称，用于方便人类理解。例如，SIGINT表示终端中断，SIGILL表示非法指令。

信号处理器（Signal Handler）：信号处理器是一个函数，用来处理接收到的信号。进程可以为特定的信号设置自定义的处理函数，当接收到该信号时，系统会调用相应的处理函数来执行特定的操作。

默认动作（Default Action）：每个信号都有一个默认的处理动作，用于在进程没有为信号设置自定义处理器时执行。常见的默认动作包括终止进程（如SIGKILL、SIGSEGV）、终止进程并生成核心转储文件（如SIGQUIT）、终止进程并忽略（如SIGPIPE）等。

这是关于信号默认动作的一些常见描述：

• Term（终止）：默认动作是终止进程。
• Ign（忽略）：默认动作是忽略该信号，即进程收到此信号时不采取任何动作。
• Core（生成核心转储）：默认动作是终止进程并生成核心转储文件，核心转储文件可以帮助调试进程崩溃的原因。
• Stop（停止）：默认动作是停止进程，进程会暂时停止执行直到接收到继续执行的信号。
• Cont（继续）：默认动作是在进程当前处于停止状态时继续执行进程。

 三、信号处理方式

1. 默认处理方式：每个信号都有一个默认的处理方式，当进程接收到信号时，操作系统会按照该信号的默认处理方式来处理。比如，对于SIGINT信号，默认处理方式是终止进程。

2. 信号忽略：进程可以选择忽略特定信号，即当接收到该信号时，不采取任何操作。这通常通过设置信号处理函数为SIG_IGN来实现。

3. 自定义信号处理函数：进程可以注册自定义的信号处理函数，以便在接收到特定信号时执行自定义的处理逻辑。这通常通过调用signal()或者更现代的sigaction()函数来设置信号处理函数。

我们来看一下signal()函数的用法：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
//可以自定义处理的函数
void sigint_handler(int sig) {printf("Caught SIGINT, exiting...\n");// 这里可以执行一些清理工作exit(0);
}int main() {// 注册SIGINT信号处理函数 signal(SIGINT, sigint_handler);printf("Waiting for SIGINT...\n");while(1) {// 等待信号}return 0;
}

这种方式称为捕捉 (Catch)一个信号，同理可以设置成别的信号对应的处理函数，但是有的信号虽然允许被捕捉，但是依旧会终止，比如6号信号。

SIGKILL (9)：强制终止信号，无法被捕捉、阻塞或忽略。这个信号是用来立即终止进程的，无论进程的状态如何，一般用于处理僵尸进程或者无法正常终止的进程。

SIGSTOP (19) 和 SIGCONT (18)：停止和继续信号。SIGSTOP 用于暂停进程的执行，而 SIGCONT 则用于恢复进程的执行。这两个信号也不能被捕捉。

SIGABRT (6)：异常终止信号。通常表示进程调用了abort函数，用于异常终止进程。

四、信号的产生

信号主要有三种产生方式：

1、 通过终端按键产生信号

我们来运行下列代码：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
void sigint_handler(int sig) {printf("接收到%d号信号\n",sig);exit(0);
}int main() {// 注册SIGINT信号处理函数signal(SIGINT, sigint_handler);while(1) {// 等待信号printf("Waiting for SIGINT...\n");}return 0;
}

当我们按下Ctrl +c，这个键盘输入产生一个硬件中断，被OS获取，解释成信号，发送给目标前台进程，前台进程因为收到信号，进而引起进程退出。

当按下Ctrl +z，会发出暂停

Ctrl+Z键组合会将前台作业挂起（暂停），然后可以使用fg命令将其恢复到前台运行。

按下Ctrl + \  发出3号信号会终止进程，我们来验证一下啊

这个时候在运行时按下Ctrl + \ 

操作系统怎么知道键盘中有数据读入？

操作系统通常会通过一个称为中断请求（IRQ）的机制来检测键盘是否有数据输入。当用户按下键盘上的键时，键盘控制器会产生一个中断请求，通知处理器有数据输入。处理器收到中断请求后，会暂停当前的任务，转而执行与键盘中断相关的中断服务程序（ISR）。

中断服务程序会读取键盘控制器的状态寄存器，以确定键盘是否有数据输入。如果有数据输入，它会读取键盘缓冲区中的数据，并将其传输到操作系统的键盘缓冲区中。一旦数据被传输到操作系统，操作系统就可以从缓冲区中读取数据，以响应用户的键盘输入。

总之，操作系统通过中断请求机制来检测键盘是否有数据输入，并通过相应的中断服务程序来处理键盘输入数据

 2、调用系统函数向进程发信号

系统调用是指进程通过操作系统提供的接口请求某种服务或资源，这可能会导致某些信号的产生。

我们运行这段代码：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>void sigint_handler(int sig) {printf("接收到%d号信号\n",sig);exit(0);
}int main() {// 注册SIGINT信号处理函数signal(2, sigint_handler);while(1) {// 等待信号printf("Waiting for SIGINT...我是%d进程\n",getpid());sleep(1);}return 0;
}

运行的同时使用kill命令向该进程发出9号信号

 

可以看到进程被杀掉，需要注意9号信号不可被捕捉

除了kill可以发送信号，raise同样可以发送信号：

raise可以给自己发信号，如果 raise() 函数成功发送信号，它将返回0；如果发生错误，则返回非零值。运行下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void sigint_handler(int sig) {printf("接收到信号 %d\n", sig);
}int main() {// 注册信号处理程序signal(SIGINT, sigint_handler);printf("使用 raise() 函数发送 SIGINT 信号\n");// 发送 SIGINT 信号if (raise(SIGINT) != 0) {perror("raise() 失败");}printf("结束程序\n");return 0;
}

abort（）也可以发出信号

abort() 函数也可以发出信号。当调用 abort() 函数时，它会向调用进程发送 SIGABRT 信号，这会导致程序异常终止，并且系统通常会生成一个 core dump 文件，用于调试。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include<stdlib.h>
void sigint_handler(int sig) {printf("接收到信号 %d\n", sig);
}int main() {// 注册信号处理程序signal(SIGABRT, sigint_handler);while(1){abort();}printf("结束程序\n");return 0;
}

运行后发现虽然abort()允许被捕捉，但是依旧会终止。

3、 硬件异常产生信号

OS可以把CPU内部硬件错误解释成信号

我们来模拟一下浮点异常（SIGFPE）

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include<stdlib.h>
void sigint_handler(int sig) {printf("接收到信号 %d\n", sig);sleep(1);
}
void  Exception()
{int x=0;int a=4/x;
}
int main() {// 注册信号处理程序signal(SIGFPE, sigint_handler);Exception();return 0;
}

可以看到浮点异常（SIGFPE）对应的是8号信号

但是捕捉到异常后我们的sigint_handler函数并没有处理，如果不处理就不会改变异常，所以就会一直发信号，所以尽量在捕捉后进行处理。

小结

以上就是一些信号的产生方式，但是需要记住无论信号有多少钟，永远都只能让操作系统向目标进程发送，因为操作系统是进程的管理者。