linux 系统编程 -- 信号及信号处理（四）

最新推荐文章于 2022-08-29 20:22:56 发布

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本文详细介绍了Linux系统编程中的信号机制，包括信号的来源、种类、处理方式和发送方法。信号作为一种软件中断，提供了处理异步事件的方法，并且是进程间唯一的异步通信方式。内容涵盖SIGHUP到SIGALRM等常见信号的默认行为，以及如何通过函数如kill、raise、sigqueue来发送信号。

概念

信号是一种软件中断，它提供了一种处理异步事件的方法，也是进程间唯一的异步通信方式。

信号的来源：
①硬件方式：按键会产生信号，比如ctrl+c组合键，产生一个SIGINT信号；硬件异常信号，比如除数为0，无效存储访问，由cpu通知内核，内核生成相应信号。

②软件方式：用户在终端下调用kill命令向进程发送任意信号；进程调用kill或sigqueue函数发送信号；当某种条件已经具备时发送信号，如settimer定时器超时产生SIGALRM信号。

信号的种类：
使用kill -l 命令系统支持的全部信号。
在这里插入图片描述
①SIGHUP：用户退出shell，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。

②SIGINT：用户按下ctrl+c组合键，用户终端向正在运行中的由该终端启动的进程发送此信号，默认动作为终止进程。

③SIGQUIT：用户按下ctrl+\组合键，用户终端向正在运行中的由该终端启动的进程发送此信号，默认动作为终止进程并产生core文件。

④SIGILL：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。

⑤SIGTRAP：由断点指令或其他trap指令产生，默认动作为终止进程并产生core文件。

⑥SIGABRT：调用abort函数产生该信号，，默认动作为终止进程并产生core文件。

⑦SIGBUS：非法访问内存地址，包括内存地址对齐出错，默认动作为终止进程并产生core文件。

⑧SIGFPE：在发生致命的算术运算时产生，不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为0等错误，默认动作为终止进程并产生core文件。

⑨SIGKILL：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一种可以杀死任何进程的方法。

⑩SIGUSR1：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。

⑪SIGSEGV: 指示进程进行了无效的内存访问。默认动作为终止进程并产生core文件。

⑫SIGUSR2：另一个用户定义的信号，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。

⑬SIGPIPE：向一个没有读端的管道写数据，默认动作为终止进程。

⑭SIGALRM：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。

⑮SIGTERM：程序结束信号，与SIGKILL不同，这个信号可以被阻塞和处理。通常要求程序正常退出，执行shell命令kill时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。

⑯SIGSTKFLT ：该信号仅仅在Linux中有定义,出现在早期的Linux系统中,其原意是用于数字协处理器的堆栈错误，该信号在内核中并不会被产生，但是为了兼容性被保留下来了。

⑰SIGCHLD：子进程结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略该信号。

⑱SIGCONT：让一个暂停的进程继续执行。

⑲SIGSTOP：停止进程的执行，注意它和SIGTERM以及SIGINT的区别。该进程还未结束，只是暂停执行，本信号不能被忽略、阻塞或处理。默认动作为暂停进程。

⑳SIGTSTP：停止进程的执行，按下ctrl+z组合键产生，本信号可以被忽略或处理。默认动作为暂停进程。

从34） SIGRTMIN到64 ）SIGRTMAX为linux的实时信号，它们没有固定含义，或者说由用户自由使用，注意linux线程使用了前3个实时信号。
所有的实时信号默认动作为终止进程。

可靠与优先级

从1号SIGHUP信号到31号SIGSYS之间的信号都是继承自UNIX系统，是不可靠信号。
linux系统根据posix.4标准定义了SIGRTMIN（33号）至SIGRTMANX（64号）之间的信号，是可靠信号，也称实时信号。
在linux系统中，信号的可靠性是指信号是否会丢失，或者说信号是否支持排队。

当信号产生后，内核会在进程表中设置某种形式的标志，当内核设置了这个标志，我们说内核向一个进程递送了一个信号，在信号产生和递送之间的时间间隔，称为信号未决。

被递送多次的信号（即信号在未决队列里排队）称为可靠信号，只被递送一次的称为不可靠信号。

如果一个进程有多个未决信号，则对于同一个未决的实时信号，内核按照发送的顺序来递送；如果存在多个实时未决信号，内核按照信号的编号越小越先递送；如果即存在不可靠信号，又存在可靠信号，内核优先递送不可靠信号。

进程对信号的响应

当信号发生时，用户可以要求进程以下列3种方式之一来做出响应：
① 捕捉信号：对于要捕捉的信号，可以为其制定信号处理函数，信号发生时改函数自动被调用

② 忽略信号：大多数信号都可使用这种方式处理，但是SIGKILL和SIGSTOP这两个信号不能被忽略与捕捉。

③按照系统默认方式处理：即终止进程。

在这里插入图片描述
signal函数捕捉并处理信号。
typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t是一个函数指针型，它指向的函数有一个int参数，返回值是void。

 #include <signal.h>
 #include <stdio.h>


void handler_sigint(int signo)
{
  printf("recv SIGINT %d\n",signo);
}

int main()
{
  signal(SIGINT, handler_sigint);
  while(1)
  ;
  
  return 0;
}

在这里插入图片描述
按下ctrl+c组合键，产生信号SIGINT，被程序捕捉并处理。最后按下ctrl+\组合键发送SIGQUIT信号，由于程序没有处理该信号，按照默认方式处理–即结束进程。

信号的发送

信号的发送主要由函数kill、raise、sigqueue、alarm、setitimer以及abort来完成。
在这里插入图片描述

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

① kill第一个参数是进程号，第二个参数是信号编号。
函数执行成功返回0，错误返回-1.
只有具有root权限的进程才能向其他任意进程发送信号，非root权限的进程只能向属于同一个组或同一个用户的进程发送信号。

② raise函数是ANSI C而非POSIX标准定义的。
在这里插入图片描述
在单线程中，它等价于 kill(getpid(), sig);

③sigqueue 函数是一个比较新的发送信号函数，它支持信号带有参数。与函数sigaction配合使用，因此这个额外的信号带有参数就能完成数据的传递。

④alarm 函数用来设置定时器，定时器超时会产生SIGALRM信号给调用进程。
在这里插入图片描述
参数代表设定的秒数，经过seconds秒后，内核将给调用该函数的进程发送SIGALRM信号。如果seconds为0，则不再发送SIGALRM信号。
最新一次调用alarm函数将取消之前一次的设定。
注意alarm只设定为发送一次信号，如果要多次发送，就要对alarm进行多次调用。

 #include <signal.h>
 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>

void send_ip()
{
  printf("send a icmp echo request panckt\n");
}

void recv_ip()
{
  printf("recv a ip\n");
  while(1)
    ;
}
void handler_sigalarm(int signo)
{
//信号处理程序再次设定定时器
  send_ip();
  alarm(2);
}

int main()
{
  //安装信号处理
  signal(SIGALRM, handler_sigalarm);
  //触发信号给本进程
  raise(SIGALRM);
  recv_ip();
  return 0;
}

如果没有raise的话，第一次就无法触发，在信号处理程序中反复设定定时器，以获得多次发送效果。
在这里插入图片描述
执行结果来看，当程序运行到 raise(SIGALRM)时，已经触发了handler_sigalarm，所以输出send a icmp echo request panckt，之后再执行
recv_ip。

⑤setitimer函数也是用来设置定时器，它的功能更强大。
在这里插入图片描述
第一个参数which制定使用哪一个定时器，种类有ITIMER_REAL，ITIMER_VIRTUAL，ITIMER_PROF。

 #include <signal.h>
 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/time.h>

void handler_sigtime(int signo)
{
  switch (signo)
  {
    case SIGALRM:
      printf("recv SIGALRM\n");
      break;
    case SIGPROF:
      printf("recv STGPROF\n");
      break;
    default:
      break;
  }
}

int main()
{
  struct itimerval value;
//相关信号共用一个处理函数
  signal(SIGALRM, handler_sigtime);
  signal(SIGPROF, handler_sigtime);
  
  //第一次1秒触发信号
  value.it_value.tv_sec=1;
  value.it_value.tv_usec=0;
 //第二次开始每5秒触发信号
  value.it_interval.tv_sec=5;
  value.it_interval.tv_usec=0;
  
//设置定时器
  setitimer(ITIMER_REAL,&value,NULL);
  setitimer(ITIMER_PROF,&value,NULL);
  while(1)
    ;
  return 0;
}