Linux内核信号基本概念

1. 总览

   • 信号总览

     • 信号分了三个章节进行介绍.
     • 本章介绍基础理论,简单但是非常重要且有必要.

   • 本章总览

     • 各种信号和使用场景.
     • 信号源:内核,进程或自己(系统调用).
     • 信号处理:内核默认,开发自定义(自定义,忽略,恢复默认),忽略。
     • 信号屏蔽:屏蔽的信号被挂起排队,等到取消屏蔽的时候处理.
     • 信号等待:暂停执行进程,等待信号的到来.

2. 概念总览

   • 使用

     • 什么是信号

       • 进程间或进程与内核间的通讯方式.
       • 某进程收到信号,表示有与之相关的事情发生,需要立即处理或等会儿处理,和进程的处理策略有关.

     • 软件中断

       • 和硬件中断打断处理器一样,软件中断打断进程的执行,让其执行代码进行响应.

     • 信号源

       • 拥有权限的信号可以发送信号给其他进程.
       • 常见:bash通过kill指令发送信号给其他进程.
       • 进程自己可以发送给自己或自己的某个线程.
       • 信号源一般都是内核产生.

     • 作用

       • 可用作进程间同步机制,甚至进程间交流IPC.

   • 案例分析

     • 硬件错误

       • 硬件检测错误,由内核转发.
       • 如:地址翻译硬件检测无映射,内核转发SIGSEGV;或者处理器执行除0操作,内核转发SIGFPE.

     • 用户输入

       • 中断将特殊字符产生的信号.
       • ctrl-c中断进程SIGINT.
       • ctrl-z中断并挂到后台SIGHUP.

     • 内核通知事件需要处理

       • IO多路复用的信号驱动读写.
       • 终端窗口发生变化.
       • 定时器超时.
       • 处理器CPU使用时间超限.
       • 子进程死亡.

   • 信号定义

     • 实际

       • 一个整数.
       • 宏定义以SIGxxxx的格式声明.

     • 开发

       • 不同平台值代表信号不一样,所以使用宏定义别名,而不是具体数字.

   • 两类信号

     • 实时信号

       • 传统的信号,或者标准信号.
       • 一般用于内核提示进程.
       • 使用区间1-31.

     • 实时信号

       • 详细介绍

   • 信号处理

     • 生成

       • 发送,并添加到进程描述符中,等待处理.

     • 处理

       • 一般是被时钟中断了之后,切换上下文,退出内核空间前检测,如果有信号需要处理就会处理.
       • 或者是如果正在执行立即处理.

     • 信号屏蔽

       • 信号处理可能会打断正在使用内核栈的系统调用,导致系统调用失败.
       • 为了避免这种情况:可以屏蔽某些信号,等到后面方便的时候取消阻塞,处理对应时间.
       • 屏蔽的信号阻塞排队,直到取消阻塞.

   • 进程处理方式

     • 忽略

       • 内核丢弃,甚至进程都不知道这个信号.

     • 终止进程

       • 进程被杀死.
       • 进程正常死亡是exit,异常则是直接内核干掉,不用通知进程任何事情.

     • 生成core并终止进程

       • 会生成杀死那一刻的内存信息.或者说是这个时刻的虚拟内存空间数据.
       • 保留了大部分的数据,用作调试排查错误.

     • 暂停

       • 进程停止执行,一般是gdb调试

     • 继续

       • 进程恢复执行,一般是gdb调试。
       • 如果之前没有处于停止状态则忽略.

   • 开发者可自定义

     • 默认

       • 一般用于修改后恢复原来的操作.

     • 忽略

       • 一般用于屏蔽某些无用或不感兴趣的信号.

     • 自定义函数

       • 函数执行,在内核中执行,和普通函数一样.
       • 一般用来专门响应某个信号,执行某一些任务.
       • 这类信号叫做被处理或捕获.

   • 自定义局限

     • 局限

       • 不能修改为内核的默认行为中的terminate,dump core.
       • 但是可以是忽略.
       • 也就是说自定义也是有局限性的.

     • 简介实现

       • 虽然无法直接修改行为,但是可以通过间接的方式修改.
       • 在信号响应函数中执行对应的函数来发起另一个信号,以此来间接的达到同样的效果.

   • 进程信号状态查看

     • 位置

       • /proc/pid/status

     • 内容

       • 包含了各种各样的信号信息,以掩码的形式表示。
       • 以16进制表示.

     • 关联字段

       • SigPnd线程挂起的信号.
       • ShdPnd进程挂起的信号.
       • SigBlk进程屏蔽的信号.
       • SigIgn进程忽略的信号.
       • SigCgt进程捕获的信号.(用户自定义)

3. 信号类型和默认行为

   • 信号与宏

     • 理论

       • 使用的常规信号是1-31

     • 实际

       • 名字超过32,不同名字对应的值相同.
       • 或者是不同的平台支持的不同.

   • 信号介绍

     • SIGABRT

       • 原因

         • 进程中调用abrt()函数.

       • 结果

         • 默认生成core文件.

     • SIGALRM

       • 原因

         • 内核中通过alarm,setitimer设置的的实时定时器超时.

       • 介绍

         • now + expire+time这种时钟.

     • SIGBUS

       • 原因

         • 内存访问错误.

       • 案例一

         • mmap映射预留空间.
         • 即4k的页面中创建了8k的空间用于映射,文件大小2k,这是只有第一块中的前2k存在文件映射,3-4可以访问,但是访问5-8这个不存在任何映射的空间就是错误.

     • SIGCHLD,SIGCLD

       • 原因

         • 父进程的某个子进程死亡.exit的方式死亡.

       • 使用

         • 这种一般是通知父进程通过wait函数获取子进程的死亡信息,并释放最后的空间.

     • SIGCONT

       • 使用

         • 发送信号给暂停状态的进程。

       • 处理

         • 处于暂停恢复,不是就忽略.
         • 执行一些恢复的代码.一般是用户自定义.

       • 拓展

         • 后面其他章节有详细介绍

     • SIGFPE

       • 原因

         • FPE:Floating-pointe exception算数计算错误,比如:除0.

       • 分析

         • 虽然是浮点,但是整数仍然使用.
         • 实际上这个信号的产生主要和处理器架构和对应的CPU控制寄存器的实现.

       • 举例

         • x86-32中,虽生成SIGFPE,但是师傅处理根据内核配置FE_DIVBYZERO,即是否允许除0.
         • 允许就生成FPE,不允许就得到的结果就是无限大IEEE标准.

     • SIGHUP

       • 案例一

         • 终端客户端与服务器的连接中断,内核就会发送信号给服务器程序,停止执行.或挂起.
         • 后面章节分析.

       • 案例二

         • 使用这个信号发送给守护进程(init,httpd,inetd),让其重新读取配置,重新初始化执行.
         • 系统也是通过这个信号告知守护来重启

     • SIGILL

       • 原因

         • 错误执行机器指令.

     • SIGINFO

       • 平台

         • Linux类似SIGPWR.
         • BSD源于ctrl T

       • BSD原因

         • 获取正在执行的前台程序的信息.

     • SIGINT

       • 原因

         • 用户输入ctrl c,中段驱动程序发送对应信号给前台进程组.

       • 响应