进程信号

最新推荐文章于 2024-08-05 10:23:17 发布

Nemo丶

最新推荐文章于 2024-08-05 10:23:17 发布

阅读量297

点赞数

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏：操作系统文章标签：信号

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/timecur/article/details/90677080

操作系统专栏收录该内容

13 篇文章

订阅专栏

本文围绕Linux信号展开，介绍信号实质是软中断，用于通知进程事件。阐述其生命周期，包括产生、注册、阻塞、处理和注销。说明了信号分类，介绍多种产生方式及相关函数。还讲解信号阻塞、处理、捕捉原理，以及可靠与非可靠信号注销区别，最后提及进程信号与信号量差异及避免僵尸进程方法。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

信号

信号实质是软中断，用于通知进程发生某些事件。
信号作用：通知事件的发生，信号产生之后第一时间也不是直接处理，而是先存储下来，再处理信号。
信号生命周期：信号的产生 ---> 信号的注册 ---> 信号的阻塞 ---> 信号的注销 ---> 信号的处理

在Linux下，有62种信号：

信号分了两类：

1~31不可靠信号（非实时信号）
34~64 可靠信号（实时信号）

信号产生

通过硬件中断； // SIGINT（2号信号，Ctrl + C产生）、SIGQUIT（3号信号，Ctrl + \产生）和SIGTSTP（20号信号，Ctrl+Z产生）

测试代码：

#include <iostream>                                                                                                                                            
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

int main(){
    pid_t pid = fork();
    if(pid < 0){ 
        cerr << "fork error" << endl;
        exit(0);
    }   
    else if(pid == 0){ 
        while(1){
            sleep(1);
            cout << "The Child Pid = " << getpid() << ", PPid = " << getppid() << endl;
        }   
    }   
    else{
        int status;
        wait(&status);
        cout << "exit num is = " << status << endl;
    }   

    return 0;
}

在程序执行时，通过ctrl+[c \ z]的结果：

上面结果并未返回子进程退出信息，这是因为按键操作使得父进程也退出，且父进程没机会能打印出子进程退出信息。可以通过给子进程发送退出信号的方式来得到希望结果(在后续展示。。。)。

程序异常产生； // 比如当前进程访问了非法地址空间，MMU（内存管理单元）会产生异常，内核将这个异常解释为SIGSEGV信号（11号信号）发送给进程、若程序中有除0错误，也会给进程发送一个信号（SIGFPE -- 8号信号）。

测试代码：

int main(){
    pid_t pid = fork();
    if(pid < 0){ 
        cerr << "fork error" << endl;
        exit(0);
    }   
    else if(pid == 0){ 
        int n = 0;
        n = 10/0;
    }   
    else{
        int status;
        wait(&status);
        cout << "exit num is = " << status << endl;
    }   

    return 0;
}

软件条件产生：

int kill (pid_t pid, int sig); // 向指定进程发送指定信号
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value); // 给指定进程发送指定信号，同时可以携带一个参数
int raise (int sig); // 向自身发送信号
unsigned int alarm (unsigned int n); // 定时器，在n秒后向进程发送SIGALARM信号，在设置一个定时器，会取消上一个定时器，并返回上一个定时器剩余时间。
函数abort，是为了让进程异常终止的。
#include <stdlib.h>

void abort (void);

测试代码：

int main(){
    pid_t pid = fork();
    if(pid < 0){
        cerr << "fork error" << endl;
        exit(0);
    }
    else if(pid == 0){
        int count = 3;
        while(count--){
            sleep(1);
            cout << "The Child Pid = " << getpid() << ", PPid = " << getppid() << endl;
        }
        raise(3); // 向自身发送3信号
        abort();
    }
    else{
        int status;
        kill(pid, 9); // 向子进程发送9号信号
        wait(&status);
        cout << "exit num is = " << status << endl;
    }   

    return 0;
}

调用kill函数：

调用raise()函数：

调用abort()：

信号注册

信号的注册即给一个进程发送信号，就是修改这个进程pcb中关于信号的pending位图，将相应的信号位置1；
信号的阻塞：暂时不处理信号即阻止信号的递达，并不是不接收信号；

原理：要阻塞一个信号那么就是将 pcb 中关于信号的block位图再修改，将相应信号位置1,以说明此信号不处理。

信号的递达即处理信号
信号未决：是一种状态，信号从注册成功到信号的递达之间的一种状态。

信号阻塞（屏蔽）

其他概念：

实际执行信号的处理动作称为信号递达（Delivery）；
信号从产生到递达之间的状态，称为信号未决（Pending）；
进程可以选择阻塞（Block）某个信号；
被阻塞的信号产生时将保持在未决状态，直到进程解除对此信号的阻塞，才执行递达的动作；
阻塞和忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会递达，而忽略是递达之后可选的一种动作。

说明：

在pcb中有一个pending位图，其中存储当前接受到的信号，还有一个blocked位图用于存储现在都有哪些信号要被阻塞，它们之间不会相互影响。进程看到pending集合中收到那些信号，在处理这些信号之前，进程先查看一下blocked集合是否存有，如果存在了，就意味着这个信号现在将不被处理，直到解除阻塞。

#include <signal.h>

// 清空一个信号集合
   int  sigemptyset (sigset_t *set);   

// 将所有信号都添加到set集合
   int  sigfillset(sigset_t *set);   	

// 当前pending集合（信号注册集合）中的信号取出放到set中
   int sigpending(sigset_t *set);

// 添加指定的单个信号到set集合中
   int  sigaddset(sigset_t *set,int signum);    

// 从集合中移除一个指定的信号
   int  sigdelset(sigset_t *set, int signum);	

// 判断一个信号是否在一个集合中
   int  sigismember(const sigset_t *set,int  signum);  

// 阻塞信号/解除阻塞
   int  sigprocmask(int how, sigset_t *set, sigset_t *oldset);

说明：

sigset_t：用相同的数据类型sigset_t 来存储未决和阻塞标志，sigset_t称为信号集。阻塞信号集也叫做信号屏蔽字（Signal Mask）。

set：要阻塞/解除阻塞的集合

signum：指定信号

how：

SIG_BLOCK 阻塞集合中的信号
SIG_UNBOCK 对集合中的信号解除阻塞
SIG_SETMASK 将集合中的信号设置到阻塞集合中

oldset：保存原先阻塞集合中的信号

扩充：

有两个信号不会被阻塞：SIGKILL 和 SIGSTOP

sigpending 获取未决信号

信号处理

sighandler_t signal (int  signum,   sighandler_t  handler);

说明：

signum：信号的编号
handler：处理方式：1. SIG_IGN 忽略 2. SIG_DFL 默认

修改信号处理方式：

默认处理：按照操作系统中对信号事件的既定处理方式
忽略处理：直接将信号丢掉。
自定义处理：用户自定义事件的处理方式。

信号是当我们发起系统调用/程序异常/中断当前程序从用户态运行切换到内核态，去处理这些事情，处理完毕之后，要从内核态返回用户态，但是返回之前会看（在pending位图）一下是否有信号需要被处理，如果有，就处理信号（切换到用户态执行信号的自定义处理方式），处理完毕之后再次返回到内核态，判如果没有信号要处理了就调用sys_sigreturn返回用户态（我们程序之前的运行位置）。

信号捕捉：

对于默认和忽略的处理方式可以在内核态直接处理，而对于是自定义处理方式时，信号递达需要先调用自定义函数处理，这一过程叫信号捕捉。

原理：

捕捉时机：

内核态切换到用户态。

内核态：操作系统本身的状态；

用户态：受限状态，必须在操作系统搭建好的状态下运行。

实现方式：

sigaction接口（较为多用）：自定义信号的处理方式，并且signal函数内部也是通过sigaction实现的。

#include <signal.h>

int sigcation(int  signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
//  signum：信号编码
//  act：新的处理方式
//  oldacr：保存原因处理方式

struct sigaction{
  void	(*sa_handler) (int);   	                      //处理函数
  void (*sa_sigaction) (int, siginfo_ *, void *);     // 处理函数
  sigset_t  sa_mask;                                  //在处理信号的时候可以 通过这个mask 暂时阻塞一些信号，处理完毕之后会还原回去 
  int  sa_flags;	                              //决定了我们使用那个回调接口，并且换有其他选项信息
  void  (*sa_restorer) (void);
}

信号注销

注销就是从pending 集合中将即将要处理的信号相应位置0。

可靠信号：

对于可靠信号就是不管当前信号是否注册都要置1，且添加到链表中，所以不会弄丢信号。

注销就是删除节点，且判断是否有相同信号节点，若没有则位图置0，否则就不置0.

非可靠信号：

对应非可靠信号注册就是在pending位图相应位置1，然后添加一个sigqueue结构到链表中，如果之后有相同信号到来，而相应位是1，则不做操作，也就不会重复注册，相当于丢了。

注销就是删除链表节点，且相应位置0.

扩展补充：

进程信号与信号量：

信号：实质是软中断，信号也算作是进程通信的一种方式；

信号量：实际上是等待队列的计数器，它表示是否有可用临界资源。

关于僵尸进程的避免：

操作系统如何通知父进程，子进程退出呢？

信号：SIGCHLD - 17号信号

在没有学习信号，为避免僵尸进程，只能让父进程一直等待子进程的退出（因为实在是不知道子进程到底什么时候退出），浪费了父进程资源。现在可以自定义SIGCHILD的处理方式，相当于提前告诉进程，当接收到这个信号时使用waitpid，这样就不用一直等了。

使用非阻塞的循环来处理SIGCHILD信号

因为SIGCHILD信号是不可靠信号，就有可能丢失，因此就有可能漏掉僵尸子进程没有处理，所以一旦收到信号就处理到不能处理为止。