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Linux 信号

news 2024/11/5 13:33:18

一. 初识信号

1.1 什么是信号

信号是一种软件中断机制，用于通知进程系统中发生了特定的事件。当一个信号被发送到一个进程时，操作系统会中断该进程的正常流程，并强制它去处理这个信号。

例如:

用户按下Ctrl-C ,这个键盘输入产生一个硬件中断，被OS获取，解释成信号，发送给目标前台进程，前台进程因为收到信号，进而引起进程退出。

1.2 有哪些信号

查看系统定义的信号列表:

kill -l

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每个信号都有一个编号和一个宏定义名称,这些宏定义可以在signal.h中找到,例如其中有定义 #define SIGINT 2

二. 信号产生

2.1 Core Dump

当一个进程要异常终止时, 可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上, 文件名通常是core, 这叫做Core Dump。Core dump 文件可以被多种调试工具读取和分析，例如GDB。通过分析core dump文件，开发者可以回溯程序崩溃时的状态，找出导致程序异常的原因，并进行修复。

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2.2 组合键产生信号

例如:

Ctrl+C发送SIGINT(中断信号)
Ctrl+\发送SIGQUIT(退出信号)

2.3 系统调用产生信号

int kill(pid_t pid, int signo);int raise(int signo);void abort(void);

例如:

kill 命令显式地发送SIGSEGV信号(kill命令是调用kill函数实现的)

abort() 函数使当前进程接收到信号而异常终止。

#include <iostream>
#include <cstdlib>using namespace std;int main(){int count = 0;while (1){count++;if(count == 10000){cout << "abort()异常退出" << endl;abort();}}return 0;
}

2.4 由软件产生信号

软件条件触发的信号通常是由特定的操作或环境变化引起的。

例如:

当定时器到期时，可以触发SIGALRM信号。
当进程接收到终止请求时，会产生SIGTERM信号。

2.5 由硬件产生信号

硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核, 然后内核向当前进程发送适当的信号。

例如:

当程序执行过程中遇到诸如除零错误 SIGFPE（算术运算错误）。
非法指令等硬件异常 SIGILL（非法指令）。

三. 信号处理

3.1 执行默认处理动作

当进程接收到信号时，系统会根据信号的类型执行预定义的动作。

例如：

SIGINT（中断信号，通常由 Ctrl+C 触发）：默认行为是终止进程。
SIGTERM（终止信号）：默认行为也是终止进程。
SIGSEGV（段错误）：默认行为是终止进程并生成核心转储文件。

3.2 忽略该信号

使用 signal() 或 sigaction() 函数将信号处理函数设置为 SIG_IGN。

signal(SIGINT, SIG_IGN);

此时进程接收到SIGINT信号时，不会执行任何操作。

3.3 恢复默认处理动作

在自定义信号处理函数中重新调用 signal() 函数将信号处理函数设置为 SIG_DFL。

signal(SIGINT, SIG_DFL);

此时进程接收到SIGINT信号时，将会执行预定义的操作。

3.4 信号捕捉

信号捕获是指进程通过自定义信号处理函数来处理接收到的信号。捕获信号允许进程在接收到特定信号时执行特定的代码，而不是执行默认的行为。
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3.4.1 signal

signal() 函数允许为特定的信号指定一个处理函数，或者忽略该信号。

定义:

void (*signal(int signum, void (*func)(int)))(int);

signum：
类型：int
描述：要处理的信号编号。
handler：
类型：void (*)(int)
描述：这是一个指向信号处理函数的指针。

用法:

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>// 自定义信号处理函数
void handle_sigint(int signum) {printf("Caught signal %d\n", signum);
}int main() {// 设置 SIGINT 信号的处理函数signal(SIGINT, handle_sigint);// 无限循环，等待信号while (1) {printf("Running... Press Ctrl+C to send SIGINT.\n");sleep(1);}return 0;
}

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3.4.2 sigaction

sigaction() 提供了更多的灵活性和控制选项。sigaction() 函数通过 struct sigaction 结构体来传递信号处理的相关信息。

定义:

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

struct sigaction {void     (*sa_handler)(int);  // 传统信号处理函数void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);  // 扩展信号处理函数sigset_t sa_mask;             // 额外的信号掩码int      sa_flags;            // 信号处理标志void     (*sa_restorer)(void); // 已废弃，不再使用
};

signum：
类型：int
描述：要处理的信号编号。
act：
类型：const struct sigaction *
描述：指向 struct sigaction 结构体的指针，包含新的信号处理方式。如果不需要更改信号处理方式，可以传递 NULL。
oldact：
类型：struct sigaction *
描述：指向 struct sigaction 结构体的指针，用于保存当前的信号处理方式。如果不需要保存当前的信号处理方式，可以传递 NULL。

用法:

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>// 自定义信号处理函数
void handle_sigint(int signum) {printf("Caught signal %d - Start\n", signum);sleep(5);printf("Caught signal %d - End\n", signum);
}int main() {struct sigaction sa;// 初始化 sigaction 结构体sa.sa_handler = handle_sigint;  // 设置信号处理函数sigemptyset(&sa.sa_mask);       // 清空信号掩码sigaddset(&sa.sa_mask, SIGQUIT); // 在处理 SIGINT 时阻塞 SIGQUITsa.sa_flags = 0; // 不设置特殊标志// 设置 SIGINT 信号的处理方式if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {perror("sigaction");return 1;}// 无限循环，等待信号while (1) {printf("Running... Press Ctrl+C to send SIGINT.\n");sleep(1);}return 0;
}

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四. 阻塞信号

4.1 信号相关常见概念

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。

注意: 阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。

4.2 信号在内核中的示意图

在这里插入图片描述

每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending), 还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时, 内核在进程控制块中设置该信号的未决标志, 直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,SIGHUP信号未阻塞也未产生过, 当它递达时执行默认处理动作。
SIGINT信号产生过, 但正在被阻塞, 所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略, 但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号, 因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。
SIGQUIT信号未产生过, 一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞, 它的处理动作是用户自定义函数sighandler。如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次, POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。
Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。

4.3 sigset_t

每个信号只有一个bit的未决标志, 非0即1, 不记录该信号产生了多少次, 阻塞标志也是这样表示的。
未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储, sigset_t称为信号集, 这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态。
在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞, 而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。

4.4 信号集操作函数

函数sigemptyset初始化set所指向的信号集, 使其中所有信号的对应bit清零, 表示该信号集不包含任何有效信号。
```
int sigemptyset(sigset_t *set);
```
函数sigﬁllset初始化set所指向的信号集, 使其中所有信号的对应bit置位, 表示该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
```
int sigfillset(sigset_t *set);
```
函数sigaddset能在指定的信号集中添加一个信号。
```
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
```
函数sigdelset能从指定的信号集中删除一个信号。
```
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
```
函数sigismember能验证某个信号是否已经被添加到信号集中
```
int sigismember（const sigset_t *set, int signo);
```