【Linux】IPC主题三 -------- 信号一(signal)

最新推荐文章于 2024-09-24 09:49:41 发布

Julinus

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分类专栏： Linux&&操作系统

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一、信号的概念

信号在我生活中随处可见，如：古代战争摔杯为号；现代战争中的信号弹；体育比赛中使用的信号枪 .......

它们都有共性：

1、简单

2、不能携带大量信息

3、满足某个特设条件才会发送。

信号是信息的载体，在 Linux/Unix 环境下，古老、经典的通信方式，现在依然是主要的通信手段。

二、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。

三、与信号相关的事件和状态

1、信号的产生：

(1)、按键产生，如： Ctrl+c 、Ctrl + z、Ctrl+\

(2)、系统调用产生，如： kill 、raise、abort

(3)、软件条件产生，如：定时器 alarm

(4)、硬件异常产生，如：非法访问内存（段错误）、除 0 （浮点数除外）、内存对齐（总线错误）

(5)、命令产生，如： kill 命令

2、通达：递送并且达到进程

3、未决：产生和递达之间的状态，主要由于阻塞（屏蔽）导致该状态。

4、信号的处理方式：

(1)、执行动作。

(2)、忽略（丢弃）。

(3)、捕捉（调用户处理函数）

Linux 内核的进程块 PCB 是一个结构体，task_struct ，除了包含进程 id ，状态，工作目录，用户 id ，组 id ，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集合未决信号集。

5、阻塞信号集（信号屏蔽字）：将某些信号，假如集合，对它们设置屏蔽，当屏蔽 x 信号后，在收到该信号，该信号的处理将退后（解除屏蔽后）

6、未决信号集：

(1)、信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为1，表信号处于未决状态。当信号别处理对应位翻转会为 0 。这一时刻往往非常短暂。

(2)、信号产生后由于某些原因（主要阻塞）不能抵达，这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除之前，信号一直处于未决状态。

四、信号的编号

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

不存在编号为 0 的信号，其中 1 - 31 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 个名字不尽相同。

五、信号四要素

与变量三要素类似的，每个信号有其必备的 4 要素，分别是：

1、编号

2、名称

3、事件

4、默认处理动作

    可通过 man 7 signal 查看帮助文档获取。也可查看 /usr/src/linux-headers-4.4.0-31/arch/s390/include/uapi/asm/signal.h
      Signal     Value     Action   Comment
       ──────────────────────────────────────────────────────────────────────
       SIGHUP        1       Term    Hangup detected on controlling terminal
                                     or death of controlling process
       SIGINT          2       Term    Interrupt from keyboard
       SIGQUIT       3       Core    Quit from keyboard
       SIGILL        4       Core    Illegal Instruction
       SIGABRT      6       Core    Abort signal from abort(3)
       SIGFPE        8       Core    Floating point exception
       SIGKILL        9       Term    Kill signal
       SIGSEGV     11       Core    Invalid memory reference
       SIGPIPE       13       Term    Broken pipe: write to pipe with no
                                     readers
       SIGALRM      14       Term    Timer signal from alarm(2)
       SIGTERM      15       Term    Termination signal
       SIGUSR1    30,10,16    Term    User-defined signal 1
       SIGUSR2    31,12,17    Term    User-defined signal 2
       SIGCHLD    20,17,18    Ign     Child stopped or terminated
       SIGCONT   19,18,25    Cont    Continue if stopped
       SIGSTOP   17,19,23    Stop    Stop process
       SIGTSTP   18,20,24    Stop    Stop typed at terminal
       SIGTTIN     21,21,26    Stop    Terminal input for background process
       SIGTTOU   22,22,27    Stop    Terminal output for background process

       The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

      在标准信号中，有一些信号是有三个 "value"，第一个通常对 arpha 和 sparc 有效，中间针对 x86，arm 和其他架构，最后一个应用于 mips 架构。一个 “-” 表示在对应架构上尚未定义该信号。

不同的操作系统定义了不同的系统信号，因此有些信号出现在 Unix 系统内，也出现在 Linux 系统内，而有的信号出现在 FreeBSD 或 Mac OS中，却没有出现在 Linux下。Linux系统中的信号：

默认动作：

Term 终止进程

Ign 忽略信号（默认即时对该种信号忽略操作）

Core 终止进程，生成 Core 文件。（检查进程死亡原因，用于 gdb 调试）

Stop 停止（暂停）进程

Contra 继续运行程序

注意：从 man 7 signal 帮助文档中可以看出： The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.
这里特别强调了 9) SIGKILL 9) SIGKILL 信号，不允许忽略和捕捉，只能执行默认动作，甚至不将其设置为阻塞。

另外需清楚，只有每个信号所对的事件发生了，该信号才会被递送（但不一定被递达），不应乱发信号！！！

六、常规信号一览表

1) SIGHUP

本信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一session内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联。登录Linux时，系统会分配给登录用户一个终端(Session)。在这个终端运行的所有程序，包括前台进程组和后台进程组，一般都属于这个Session。当用户退出Linux登录时，前台进程组和后台有对终端输出的进程将会收到SIGHUP信号。这个信号的默认操作为终止进程，因此前台进程组和后台有终端输出的进程就会中止。不过可以捕获这个信号，比如wget能捕获SIGHUP信号，并忽略它，这样就算退出了Linux登录，wget也能继续下载。此外，对于与终端脱离关系的守护进程，这个信号用于通知它重新读取配置文件。

2) SIGINT

程序终止(interrupt)信号, 在用户键入INTR字符(通常是Ctrl-C)时发出，用于通知前台进程组终止进程。

3) SIGQUIT

和SIGINT类似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-\)来控制. 进程在因收到SIGQUIT退出时会产生core文件, 在这个意义上类似于一个程序错误信号。

4) SIGILL

执行了非法指令. 通常是因为可执行文件本身出现错误, 或者试图执行数据段. 堆栈溢出时也有可能产生这个信号。

5) SIGTRAP

由断点指令或其它trap指令产生. 由debugger使用。

6) SIGABRT

调用abort函数生成的信号。

7) SIGBUS

非法地址, 包括内存地址对齐(alignment)出错。比如访问一个四个字长的整数, 但其地址不是4的倍数。它与SIGSEGV的区别在于后者是由于对合法存储地址的非法访问触发的(如访问不属于自己存储空间或只读存储空间)。

8) SIGFPE

在发生致命的算术运算错误时发出. 不仅包括浮点运算错误, 还包括溢出及除数为0等其它所有的算术的错误。

9) SIGKILL

用来立即结束程序的运行. 本信号不能被阻塞、处理和忽略。如果管理员发现某个进程终止不了，可尝试发送这个信号。

10) SIGUSR1

留给用户使用

11) SIGSEGV

试图访问未分配给自己的内存, 或试图往没有写权限的内存地址写数据.

12) SIGUSR2

留给用户使用

13) SIGPIPE

管道破裂。这个信号通常在进程间通信产生，比如采用FIFO(管道)通信的两个进程，读管道没打开或者意外终止就往管道写，写进程会收到SIGPIPE信号。此外用Socket通信的两个进程，写进程在写Socket的时候，读进程已经终止。

14) SIGALRM

时钟定时信号, 计算的是实际的时间或时钟时间. alarm函数使用该信号.

15) SIGTERM

程序结束(terminate)信号, 与SIGKILL不同的是该信号可以被阻塞和处理。通常用来要求程序自己正常退出，shell命令kill缺省产生这个信号。如果进程终止不了，我们才会尝试SIGKILL。

17) SIGCHLD

子进程结束时, 父进程会收到这个信号。如果父进程没有处理这个信号，也没有等待(wait)子进程，子进程虽然终止，但是还会在内核进程表中占有表项，这时的子进程称为僵尸进程。这种情况我们应该避免(父进程或者忽略SIGCHILD信号，或者捕捉它，或者wait它派生的子进程，或者父进程先终止，这时子进程的终止自动由init进程来接管)。

18) SIGCONT

让一个停止(stopped)的进程继续执行. 本信号不能被阻塞. 可以用一个handler来让程序在由stopped状态变为继续执行时完成特定的工作. 例如, 重新显示提示符

19) SIGSTOP

停止(stopped)进程的执行. 注意它和terminate以及interrupt的区别:该进程还未结束, 只是暂停执行. 本信号不能被阻塞, 处理或忽略.

20) SIGTSTP

停止进程的运行, 但该信号可以被处理和忽略. 用户键入SUSP字符时(通常是Ctrl-Z)发出这个信号

21) SIGTTIN

当后台作业要从用户终端读数据时, 该作业中的所有进程会收到SIGTTIN信号. 缺省时这些进程会停止执行.

22) SIGTTOU

类似于SIGTTIN, 但在写终端(或修改终端模式)时收到.

23) SIGURG

有"紧急"数据或out-of-band数据到达socket时产生.