信号

最新推荐文章于 2024-09-25 08:21:00 发布

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#信号 #信号集 #定时操作 #信号捕捉

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本文详细介绍了Unix信号机制的基本概念，包括信号的定义、特点、状态及其产生方式。此外，还探讨了进程处理信号的三种方式，即默认处理、忽略处理和捕获处理。文章进一步解释了信号相关函数如kill、raise、alarm、setitimer等的功能和用法，并讨论了信号集的概念以及如何通过sigprocmask和sigpending函数管理信号。最后，本文列举了一些常用的信号，并对比了可靠信号与不可靠信号的区别。

定义：

在计算机科学中，信号是Unix、类Unix以及其他POSIX兼容的操作系统中进程间通讯的一种有限制的方式。它是一种异步的通知机制，由内核产生，用来提醒进程一个事件已经发生。当一个信号发送给一个进程，操作系统中断了进程正常的控制流程，此时，任何非原子操作都将被中断。如果进程定义了信号的处理函数，那么它将被执行，否则就执行默认的处理函数。

信号的优先级比较高，进程收到信号之后，暂停正在处理的工作，优先处理信号，处理完成之后再继续暂停的工作。

信号的特点及状态

特点:

简单

携带的信息量少

使用在某个特定的场景中

状态:

产生

未决状态 - 没有被进程处理

递达 - 信号被处理了

产生方式包括

键盘：ctrl+c

命令：kill

系统函数：kill

软条件：定时器

硬件：段错误、除0错误

信号列表：

进程收到信号的三种处理方式

1.默认处理：

忽略信号：内核将信号丢弃，信号没有对进程产生任何影响

终止进程：进程异常终止

产生核心转储文件，同时终止文件

停止进程：暂停进程的执行

恢复之前暂停的进程继续执行

2.忽略处理：

信号来了不做任何处理
注意：不能忽略SIGKILL和SIGSTOP，保护操作系统的方式，必须能够有强制性的手段杀死进程

3.捕获并处理：

信号来了捕获信号，并执行程序员自己写的程序

注意：不能捕获SIGKILL和SIGSTOP，原因同上

信号相关函数

kill

函数原型：

#include <sgnal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

参数：

pid：可能选择有以下四种

pid的取值	所代表的意义
pid>0	发给ID为pid的进程
pid==0	发给进程组所有的进程
pid<-1	发给指定进程组的进程
pd==-1	发给所有的进程

sig：表示要发送的信号的编号，假如其值为0则没有任何信号送出，但是系统会执行错误检查，通常会利用sig值为0来检验某个进程是否仍在执行。

返回值：

成功返回0，失败返回-1

代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>


int main(int argc, const char* argv[])
{
    pid_t pid = fork();
    if(pid == -1)
    {
        perror("fork error");
        exit(1);
    }

    if(pid > 0)
    {
        while(1)
        {
            printf("parent process pid = %d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
    }
    else if(pid == 0)
    {
        sleep(2);
        // 杀死父亲
        kill(getppid(), SIGKILL);
    }

    return 0;
}

raise

作用：

自己给自己发信号

函数原型：

int raise(int sig);

参数：

sig：表示要发送的信号的编号，假如其值为0则没有任何信号送出，但是系统会执行错误检查，通常会利用sig值为0来检验某个进程是否仍在执行。

返回值：

成功返回0，失败返回-1

代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>


int main(int argc, const char* argv[])
{
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0)
    {
        //父进程回收子进程资源
        int s;
        wait(&s);
        if(WIFSIGNALED(s))
        {
            printf("term by signal: %d\n", WTERMSIG(s));
        }
    }
    else if(pid == 0)
    {
        //自己给自己发信号
        raise(SIGQUIT);
    }

    return 0;
}

abort

函数原型：

void abort(void);

说明：

给自己发送异常终止信号

没有参数没有返回值，永远不会调用失败

代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>


int main(int argc, const char* argv[])
{
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0)
    {
        //父进程回收子进程资源
        int s;
        wait(&s);
        if(WIFSIGNALED(s))
        {
            printf("term by signal: %d\n", WTERMSIG(s));
        }
    }
    else if(pid == 0)
    {
        //自己给自己发信号
        while(1)
        {
                abort();
        }
    }

    return 0;
}

alarm

函数原型：

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

参数：

定时秒数

函数说明：

设置定时器(每个进程只有一个定时器)

使用的自然定时法，不受进程状态的影响，也就是说时间一直在走

当时间到达之后, 函数发出一个信号:SIGALRM

返回值：

如果在seconds秒内再次调用了alarm函数设置了新的闹钟，则后面定时器的设置将覆盖前面的设置，即之前设置的秒数被新的闹钟时间取代；当参数seconds为0时，之前设置的定时器闹钟将被取消，并将剩下的时间返回

代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>


int main(int argc, const char* argv[])
{
        int ret = alarm(5);
        printf("ret = %d\n", ret);

        sleep(2);

        //重新设置定时器
        ret = alarm(2);
        printf("ret = %d\n", ret);

        while(1)
        {
                printf("hello\n");
                sleep(1);
        }

        return 0;
}

setitimer

函数原型：

int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue));

struct itimerval {
　　struct timeval it_interval;
　　struct timeval it_value;
};
struct timeval {
　　long tv_sec;
　　long tv_usec;
};

说明：

定时器，实现周期性定时

参数：

which为定时器类型，setitimer支持3种类型的定时器：

ITIMER_REAL: 以系统真实的时间来计算，它送出SIGALRM信号。
ITIMER_VIRTUAL: -以该进程在用户态下花费的时间来计算，它送出SIGVTALRM信号。
ITIMER_PROF: 以该进程在用户态下和内核态下所费的时间来计算，它送出SIGPROF信号。

it_interval指定间隔时间，it_value指定初始定时时间。如果只指定it_value，就是实现一次定时；如果同时指定 it_interval，则超时后，系统会重新初始化it_value为it_interval，实现重复定时；两者都清零，则会清除定时器。

tv_sec提供秒级精度，tv_usec提供微秒级精度，以值大的为先，注意1s = 1000000us。

ovalue用来保存先前的值，常设为NULL。

返回值：

和alarm函数类似

代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>

void myfunc(int sig)
{
        printf("起床\n");
}

int main(int argc, const char* argv[])
{
        //设置定时器
        struct itimerval new_value;

        //周期性定时
        new_value.it_interval.tv_sec = 3;
        new_value.it_interval.tv_usec = 0;

        //第一次触发时间
        new_value.it_value.tv_sec = 2;
        new_value.it_value.tv_usec = 0;

        signal(SIGALRM, myfunc);
        //倒计时2s
        setitimer(ITIMER_REAL, &new_value, NULL);
        while(1)
        {
        }
        return 0;
}

信号集

概念

未决信号集：

没有被当前进程处理的信号

阻塞信号集：

将某个信号放到阻塞信号集，这个信号就不会被进程处理
阻塞解除之后，信号被处理

未决信号集与阻塞信号集的关系

信号产生，信号处于未决状态，进程收到信号之后，信号被放入未决信号集

放入未决信号集中的信号等待处理，在处理之前需要做一些事情：判断阻塞信号集中该信号对应的标志位是否为1，如果为1，不处理，如果是0则处理该信号

当阻塞信号集中该信号对应的标志位为时，该信号被处理

自定义信号集相关函数

int sigemptyset(sigset_t *set); 将set集合置空

int sigfillset(sigset_t *set)；将所有信号加入set集合

int sigaddset(sigset_t *set,int signo); 将signo信号加入到set集合

int sigdelset(sigset_t *set,int signo); 从set集合中移除signo信号

int sigismember(const sigset_t *set,int signo); 判断信号是否存在

sigpending函数

作用：

读取当前进程的未决信号集

函数原型：

int sigpending（sigset_t *set）

参数：

内核将未决信号集写入set

返回值：

函数调用成功返回0，否则返回-1；

sigprocmask函数

作用：

将自定义信号集设置给阻塞信号集

函数原型：

int sigprocmask(int how, t_t *set,sigset_t *oldset);

参数：

how：用于指定信号修改的方式，可能选择有三种

SIG_BLOCK//将set所指向的信号集中包含的信号加到当前的信号掩码中。即信号掩码和set信号集进行或操作。

SIG_UNBLOCK//将set所指向的信号集中包含的信号从当前的信号掩码中删除。即信号掩码和set进行与操作。

SIG_SETMASK //将set的值设定为新的进程信号掩码。即set对信号掩码进行了赋值操作。

set：为指向信号集的指针，在此专指新设的信号集，如果仅想读取现在的屏蔽值，可将其置为NULL。

oldset：也是指向信号集的指针，在此存放原来的信号集。可用来检测信号掩码中存在什么信号。

返回值：

成功执行时，返回0。失败返回-1，errno被设为EINVAL。

代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>

int main(int argc,const char* argv[])
{
        //手动屏蔽信号
        //自定义信号集集合
        sigset_t myset;
        //清空集合
        sigemptyset(&myset);
        //添加要阻塞的信号
        sigaddset(&myset,SIGINT); //ctrl+c
        sigaddset(&myset,SIGQUIT); //ctrl+反斜杠
        sigaddset(&myset,SIGKILL);//反例，不能设置为阻塞的信号

        //自定义集合数据设置给内核的阻塞信号集
        sigprocmask(SIG_BLOCK,&myset,NULL);

        //每隔1s读一次内存的未决信号集,并把未决信号集的值输出到屏幕
        while(1)
        {
                sigset_t pendset;
                //注意：读取的是未决信号集，不是阻塞信号集
                sigpending(&pendset);
                //1-31
                for(int i=1;i<32;++i)
                {
                        //对每一个信号一次判断
                        if(sigismember(&pendset,i))
                        {
                                printf("1");
                        }
                        else
                        {
                                printf("0");
                        }
                }
                printf("\n");
                sleep(1);
        }
        return 0;
}

说明，开始时未决信号集中的各信号都被置位0，即默认不阻塞。但按下ctrl+c时，进程会从阻塞信号集中判断该信号对应的标志位是否为1，因为设置了，所以未决信号集中的该信号置为1。

信号捕捉函数

siganl

函数原型：

ypedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

参数：

第一个参数是要捕捉的信号
第二个参数表示我们要对信号进行的处理方式

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

void myfunc(int sig)
{
        printf("cathc you signal: %d\n", sig);
}

int main(int argc, const char* argv[])
{
        //ctrl+c
        // 注册信号捕捉函数
        signal(SIGINT, myfunc);

        while(1)
        {
                printf("hello\n");
                sleep(2);
        }
        return 0;
}

sigaction

函数原型：

int sigaction(int signum,
const struct sigaction *act,
struct sigaction *oldact
);

参数：

signum：要操作的信号。

act：要设置的对信号的新处理方式，指向sigaction结构的指针。

oldact：原来对信号的处理方式。一般为NULL

struct sigaction {
void (*sa_handler)(int);//和下面的sa_sigaction二者选一
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask;//在信号处理函数执行过程中，临时屏蔽指定的信号
int sa_flags;//只需记住，若是sa_handler，则sa_flags必为0
};

返回值：

0 表示成功，-1 表示有错误发生。

代码


#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

void myfunc(int sig)
{
    printf("hello signal: %d\n", sig);
    sleep(5);
    printf("wake up .....\n");
}

int main(int argc, const char* argv[])
{
    // 注册信号捕捉函数
    struct sigaction act;
    act.sa_flags = 0;
    act.sa_handler = myfunc;
    // 设置临时屏蔽的信号
    sigemptyset(&act.sa_mask);  // 0
    // ctrl + 反斜杠
    sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);

    sigaction(SIGINT, &act, NULL);

    while(1);

    return 0;
}

说明：sigemptyset(&act.sa_mask)是设置临时屏蔽的信号，比如按了ctrl+c，此时进入信号处理函数myfunc，然后接着按下ctrl+\，本应该立马结束程序，但是ctrl+\被设置为临时屏蔽的信号，所以等到myfunc函数执行完，才结束了进程。

常见的信号

SIGINT 终止进程，通常我们的Ctrl+C就发送的这个消息。

SIGQUIT 和SIGINT类似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl- / )来控制，进程收到该消息退出时会产生core文件。

SIGKILL 消息编号为9，我们经常用kill -9来杀死进程发送的就是这个消息，程序收到这个消息立即终止，这个消息不能被捕获，封锁或这忽略，所以是杀死进程的终极武器。

SIGSTOP 停止进程的执行，同SIGKILL一样不可以被应用程序所处理，注意它和SIGINT的区别:该进程还未结束, 只是暂停执行。

SIGCHILD 这个同样是高性能服务器需要关注的信号，如果服务器采用fork产生的子进程推出后要调用wait进行资源回收，防止僵尸进程的产生，但是如果程序对子进程退出后的状态不感兴趣的话可以调用signal(SIGCHLD,SIG_IGN); 交给系统init去回收。子进程也不会产生僵尸进程了。

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。

两个不能被忽略或捕获的信号：SIGKILL和SIGSTOP

网络编程相关信号

SIGHUP

SIGHUP 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. 系统对SIGHUP信号的默认处理是终止收到该信号的进程。所以若程序中没有捕捉该信号，当收到该信号时，进程就会退出。　　

SIGHUP会在以下3种情况下被发送给相应的进程：　　

1.终端连接中断时，SIGHUP 会被发送到控制进程，后者会在将这个信号转发给会话中所有的进程组之后自行了断；　　

2.session首进程退出时，该信号被发送到该session中的前台进程组中的每一个进程；　　

3.若父进程退出导致进程组成为孤儿进程组，且该进程组中有进程处于停止状态（收到SIGSTOP或SIGTSTP信号），该信号会被发送到该进程组中的每一个进程。

SIGPIPE

默认情况下，往一个读端关闭的管道或socket连接中写数据将引发SIGPIPE信号。我们需要在代码中捕获并处理该信号，或者至少忽略它，因为程序接受到SIGPIPE信号的默认行为是结束进程，而我们绝对不希望因为错误的写操作而导致程序退出。引发SIGPIPE信号的写操作将设置errno为EPIPE。

SIGURG

在Linux环境下，内核通知应用程序带外数据到达主要有两种方法：一种是I/O复用技术，select等系统调用在接收到带外数据时将返回，并向应用程序报告socket上的异常事件；另一种方法就是使用SIGURG信号。

可靠信号和不可靠信号（转）

1.可靠信号与不可靠信号有哪些？

SIGHUP(1号) 至 SIGSYS(31号)之间的信号都是继承自UNIX系统，是不可靠信号，也称为非实时信号；

SIGRTMIN(33号) 与 SIGRTMAX(64号)之间的信号，它们都是可靠信号，也称为实时信号；

2.什么是可靠信号？

可靠性是指信号是否会丢失，即该信号是否支持排队；

如果支持排队就是可靠的，不支持排队就是不可靠的。

3.那么问题来了，在哪里排队？

在未决信号队列排队。当导致产生信号的事件发生时，内核就产生一个信号。信号产生后，内核通常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，我们就说内核向一个进程递送了一个信号。

而信号产生（generate）和递送（delivery）之间的时间间隔称为信号未决（pending）。

4.还有，什么情况下会产生排队呢？

举个栗子，进程可以调用sigpending将某个信号设置为阻塞，即进程产生了一个阻塞的信号，而对该信号的动作是捕捉该信号（即不忽略信号），则内核将为该进程的此信号保持为未决状态，直到该进程对此信号解除阻塞或将对此信号更改为忽略。

如果在进程解除对这个信号的阻塞之前，这种信号发生了多次，在这种情况下，将发生未决信号排队。

5.那个支持排队和不支持排队怎么理解呢？不支持排队就是来了直接扔了吗？

如果被阻塞的信号来了多个（信号在未决信号队列里排队）

（1）如果来多少个，就递送多少个。则称为可靠信号，即支持排队。

（2）如果来了多个，但只被递送一次。则称为不可靠信号，即不支持排队。

可重入函数

信号的发生导致程序的指令执行顺序被打乱。

但是在信号处理函数中，无法知道原进程的执行情况。

如果原进程这个在分配内存或者释放内存，或者调用了修改static变量的函数，并在信号处理函数中再次调用该函数，会发生不可预期的结果。

在信号处理函数中可以安全调用的函数称为可重入函数，也叫做异步信号安全的函数。除了保证可重入，这些函数还会阻塞可能导致结果不一致的信号。

如果函数满足下面的一种或者几种条件，则说明是不可重入的函数：

使用static数据结构
调用malloc或free
标准IO库中的函数，因为大部分的标准IO函数都使用了全局数据结构

信号处理函数处理信号时是否会被其他信号中断？

void myfunc(int sig)
{
        sleep(10);
        printf("cathc you signal: %d\n", sig);
}
 
void myfunc1(int sig)
{
        //sleep(10);
        printf("cathc you signal: %d\n", sig);
}
int main(int argc, const char* argv[])
{
        //ctrl+c
        // 注册信号捕捉函数
        signal(SIGINT, myfunc);
        signal(SIGQUIT, myfunc1);
        while(1)
        {   
                printf("hello\n");
                sleep(2);
        }   
        return 0;
}