信号入门

生活中的信号

• 你在网上买了很多件商品,在等待不同商品快递的到来 但即便快递还没有到来,你也知道快递到了的时候应该怎么处理快递,也就是你能“识别快递”
• 当快递到达目的地了,你收到了快递到来的通知,但是你不一定要马上下楼取快递,也就是说取快递的行为并不是一定要立即执行,可以理解成在“在合适的时候去取”
• 在你收到快递到达的通知,再到你拿到快递期间,是有一个时间窗口的,在这段时间内你并没有拿到快递,但是你知道快递已经到了,本质上是你“记住了有一个快递要去取”
• 当你时间合适,顺利拿到快递之后,就要开始处理快递了,而处理快递的方式有三种：
  • 1、执行默认动作（打开快递,使用商品）2、执行自定义动作（快递是帮别人买的,你要将快递交给他）3、忽略（拿到快递后,放在一边继续做自己的事）
• 快递到来的整个过程,对你来讲是异步的,你不能确定你的快递什么时候到

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技术应用角度的信号

例子:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{while (1){printf("hello signal!\n");sleep(1);}return 0;
}

问:为什么使用Ctrl+C后,进程就终止了呢?

实际上当用户按Ctrl+C之后,这个键盘输入会产生一个硬中断,被操作系统获取并解释成信号（Ctrl+C被解释成2号信号）, 然后操作系统将2号信号发送给目标前台进程,前台进程收到2号信号后就会退出

如何验证呢?

我们可以使用signal函数对2号信号进行捕捉,证明当我们按Ctrl+C时进程确实是收到了2号信号

signal函数

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int); //函数指针
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)

参数解析

第一个参数:需要捕捉的信号编号 第二个参数:是对捕捉信号的处理方法,是一个函数指针,函数参数是int,返回值是void类型

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作用:注册信号处理动作

修改进程对信号 signum 的默认处理动作,变为自定义的函数 handler 该函数必须满足规定的函数声明形式

注意1:就算进程注册了对9号信号的处理,也无法生效,因为9号信号是无法被捕捉的, 因为9号信号能够直接
杀死进程,捕捉9号信号是很不安全的行为

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注意2:通过 signal 接口注册对某个信号的处理动作,相当于是一种预定机制, 并没有产生任何实际信号

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void handle(int sig)
{printf("收到%d号信号\n",sig);
}
int main()
{signal(2,handle);//对2号信号进行捕捉(注册),并没有实际信号产生while (1){printf("hello signal!\n");sleep(1);}return 0;
}

此时当该进程收到2号信号后,就会执行我们给出的handler方法,而不会像之前一样直接退出了,因为此时我们已经将2号信号的处理方式由默认改为了自定义了

由此也证明了, 当我们按Ctrl+C时进程确实是收到了2号信号

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注意事项

1)Ctrl+C产生的信号只能发送给前台进程 , 在一个命令后面加个&就可以将其放到后台运行,这样Shell就不必等待进程结束就可以接收新的命令,启动新的进程 此时可以通过kill -9 进程PID的方式来终止这个进程!

2)Shell能同时运行一个前台进程和任意多个后台进程,但是只有前台进程才能接到像Ctrl+C这种控制键产生的信号

3)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可能收到2号信号而终止,所以信号相对于进程的控制流程来说是异步的

4)信号是进程之间事件异步通知的一种方式,属于软中断

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信号的概念

信号是发送给进程的,进程需要在合适的时候,执行信号对应的动作,进程必须明确各种的信号的对应的动作,和该信号是否产生无关

用kill -l命令查看Linux当中的信号有哪些:

其中:1~31号信号是普通信号,34~64号信号是实时信号 ,普通信号和实时信号各自都有31个

实际上:每个信号都有一个编号和一个宏定义名称,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: man 7 signal

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信号的产生

进程在运行之前就必须能够分辨出哪个信号,以及指定对该信号的处理方式,以便信号到来之时能够及时处理,换句话说:进程在信号产生之前就应该具有识别信号并处理信号的能力,例如: 在实际生活中,人们收到某种信号, 但可能并不会立即处理该信号, 因为此时还在处理其他事情

• 比如说早上闹钟响起,我们可能要赖床,就会关掉闹钟继续睡觉,但我们知道闹钟已经响起,起床是迟早的事

注意:信号只能由操作系统发送,但信号发送的方式有多种

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信号的记录(保存)

进程已经收到信号但并不能立即处理,因为当前进程正在处理优先级更高的事情,只能将信号暂存起来,并等到合适的时候再进行处理 换句话说: 进程具有暂时保存信号的能力

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当一个进程接收到某种信号后,该信号是被记录在该进程的进程PCB当中的, 发送信号的本质就是向进程控制块task_struct 中写入信号数据 PCB 只有操作系统能够读写, 操作系统会向上提供多种信号的发送方式,但本质都是操作系统向进程发送信号

OS中是在结构体中用一个变量的32位比特位来记录某种信号是否产生,

例如:

其中比特位的位置代表信号的编号,而比特位的内容就代表是否收到对应信号.比如上述的,第2个比特位是1就表明收到了2号信号

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所以:一个进程收到信号,本质就是该进程内的信号位图被修改了,也就是该进程的数据被修改了, 只有操作系统才有资格修改进程的数据,因为操作系统是进程的管理者,信号的产生本质上就是操作系统直接去修改目标进程的task_struct中的信号位图

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信号处理常见方式概述

1)默认动作:执行信号的默认注册行为, 如:9号信号:SIGKILL 杀死自身进程

2)忽略动作:忽略掉该信号,不做出任何反应 这也是一种信号处理的方式

3)自定义捕捉:如:signal函数,对信号进行捕捉,执行用户注册的行为,即调用修改后的 handler 方法

• 提供一个信号处理函数,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

其中:man 7 signal可以查看各个信号默认的处理动作