前言

作者：小蝸牛向前沖

名言：我可以接受失敗，但我不能接受放棄

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目錄

一、信號基礎(chǔ)知識

1、信號是什么

2、信號的定義

3、信號的處理方式?

二、有關(guān)信號操作的函數(shù)

1、signal函數(shù)(捕捉信號)

2、kill函數(shù)

3、raise函數(shù)

4、abort函數(shù)

三、信號的產(chǎn)生?

1、通過終端按鍵產(chǎn)生信號

2、調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)向進(jìn)程發(fā)信號

3、硬件異常產(chǎn)生信號?

4、由軟件條件產(chǎn)生信號?

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本期學(xué)習(xí)目標(biāo)：?了解什么是信號，明白部分信號操作的相關(guān)函數(shù)，理解信號產(chǎn)生的過程

一、信號基礎(chǔ)知識

1、信號是什么

? ? ? ? 在日常生活中，我們在遇到十字路口過馬路，我們知道紅燈停綠燈行。為什么我們能夠知道紅燈停綠燈行呢？這不難理解，這些規(guī)則都刻畫在我們的腦海中了，也就是說紅燈其實(shí)就是一種信號，當(dāng)我們識別紅燈信號，大腦就會(huì)做出反應(yīng)控制身體不動(dòng)，當(dāng)然有時(shí)候會(huì)人闖紅燈，信號肯定是會(huì)傳遞了的，也就是說其實(shí)信號也是可以被忽略的。

那在Linux下的信號又是指的是什么

下面我們見一個(gè)現(xiàn)象

這里我們運(yùn)行程序，當(dāng)我們按下Ctrl+c將的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)進(jìn)程退出。

?這也就說明，操作系統(tǒng)肯定給進(jìn)程發(fā)送了一個(gè)信號。

操作系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)SIGINT信號給當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。SIGINT信號表示一個(gè)中斷請求，它的默認(rèn)行為是終止進(jìn)程。

當(dāng)你按下Ctrl+C時(shí)，終端會(huì)捕獲這個(gè)鍵盤事件，并轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)SIGINT信號給當(dāng)前在前臺運(yùn)行的進(jìn)程。這個(gè)信號告訴進(jìn)程有一個(gè)中斷請求，通常意味著用戶希望終止該進(jìn)程。

2、信號的定義

信號是一個(gè)用來表示事件或消息的物理量。在操作系統(tǒng)中，信號是一種軟件中斷，用于通知進(jìn)程發(fā)生了某個(gè)事件。這種事件可能是硬件異常、用戶鍵入特殊的終端控制字符，或者其他進(jìn)程發(fā)送給該進(jìn)程的消息。每個(gè)信號都有一個(gè)唯一的正數(shù)描述和一個(gè)符號名。例如，SIGINT是用于表示中斷的信號，其編號通常是2。信號可以用于進(jìn)程間的簡單通信，也可以用于處理異步事件

在操作系統(tǒng)下我們可以通過：

//查看系統(tǒng)定義的命令
kill -l

在Linux中總共62共信號?

• 每個(gè)信號都有一個(gè)編號和一個(gè)宏定義名稱,這些宏定義可以在signal.h中找到,例如其中有定 義 #define SIGINT 2
• 編號34以上的是實(shí)時(shí)信號,這里只討論編號34以下的信號,不討論實(shí)時(shí)信號。這些信號各自在什么條件下 產(chǎn)生,默認(rèn)的處理動(dòng)作是什么,在signal(7)中都有詳細(xì)說明: man 7 signal

//查看7號手冊
man 7 signal

3、信號的處理方式?

在Linux中，信號處理的常見方式包括以下幾種：

1. 忽略信號：進(jìn)程可以選擇忽略某些信號，即當(dāng)這些信號發(fā)生時(shí)，進(jìn)程不會(huì)執(zhí)行任何操作。這種方式可以用于屏蔽一些不必要的信號干擾。
2. 默認(rèn)行為：對于每個(gè)信號，系統(tǒng)都定義了一個(gè)默認(rèn)行為。如果進(jìn)程沒有為某個(gè)信號設(shè)置自定義處理函數(shù)，那么信號發(fā)生時(shí)將會(huì)執(zhí)行默認(rèn)行為。默認(rèn)行為可以是終止進(jìn)程、忽略信號、停止進(jìn)程等。
3. 自定義處理函數(shù)：進(jìn)程可以通過信號處理函數(shù)來捕獲信號，并在信號發(fā)生時(shí)執(zhí)行自定義的操作。這種方式常用于實(shí)現(xiàn)一些特定的行為，比如在接收到某個(gè)信號時(shí)進(jìn)行日志記錄、清理資源等。進(jìn)程可以使用signal函數(shù)或者sigaction函數(shù)來設(shè)置信號處理函數(shù)。

二、有關(guān)信號操作的函數(shù)

1、signal函數(shù)(捕捉信號)

功能：用于捕捉信號并執(zhí)行相應(yīng)的處理操作

原型：? sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

參數(shù) ：

? ? ? ? signum：要捕捉的信號編號

? ? ? ? handler：指定一個(gè)函數(shù)指針，它指向的信號處理函數(shù)將在接收到指定的信號時(shí)被調(diào)用

返回值：signal函數(shù)返回之前為sig信號設(shè)置的處理函數(shù)的地址

typedef void (*sighandler_t)(int);

這里我們要特別? sighandler_t其實(shí)是一個(gè)函數(shù)指針。

signal函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)handler是一個(gè)指向信號處理函數(shù)的指針，也就是sighandler_t類型的函數(shù)指針。這個(gè)參數(shù)用于指定當(dāng)信號發(fā)生時(shí)應(yīng)該執(zhí)行的函數(shù)。

使用handler參數(shù)的方式如下：

1. 自定義信號處理函數(shù)：首先，你需要定義一個(gè)符合sighandler_t類型的函數(shù)，即接受一個(gè)整數(shù)參數(shù)（信號編號）并返回void的函數(shù)。這個(gè)函數(shù)將用于處理信號。例如：

   void my_handler(int signal_num) {  // 處理信號的代碼  
   }

2. 設(shè)置信號處理函數(shù)：使用signal函數(shù)來設(shè)置信號的處理函數(shù)。將信號編號和自定義的處理函數(shù)作為參數(shù)傳遞給signal函數(shù)。例如，為了設(shè)置SIGINT信號（通常由Ctrl+C發(fā)送）的處理函數(shù)為my_handler

   signal(SIGINT, my_handler);

注意：

• 處理函數(shù)通常會(huì)根據(jù)信號編號采取不同的操作。因此，在處理函數(shù)中，你可以使用傳遞的信號編號來判斷是哪個(gè)信號被接收。
• 如果你將handler設(shè)置為SIG_IGN，那么信號將被忽略。
• 如果你將handler設(shè)置為SIG_DFL，那么將采取信號的默認(rèn)行為。

舉例用法：

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>using namespace std;void my_handler(int signal_num)
{cout<< "接收到的信號碼: "<<signal_num << " "<<"my_pid: "<< getpid()<<endl;
}
//測試
int main()
{signal(SIGINT,my_handler);while(1){cout<< "我是一個(gè)進(jìn)程，我正在運(yùn)行" <<endl;sleep(1);}return 0;
}

這里我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們在按Ctrl+?c，進(jìn)程不再中止，而是去執(zhí)行my_handler函數(shù)中的操作，singal也捕獲了2號命令。(這里我們是用kill -9 pid中止進(jìn)程的)?。

2、kill函數(shù)

功能：用于向指定進(jìn)程發(fā)送信號

原型：?int kill(pid_t pid, int sig)

參數(shù) ：

? ? ? ?pid：數(shù)指定要發(fā)送信號的進(jìn)程ID

? ? ? ? sig：參數(shù)指定要發(fā)送的信號類型

返回值：當(dāng)調(diào)用成功時(shí)，kill函數(shù)返回0；否則，返回-1并設(shè)置errno來表示錯(cuò)誤原因

?kill函數(shù)可以發(fā)送多種類型的信號，例如：

• SIGINT：中斷進(jìn)程。通常是通過用戶按下Ctrl+C來產(chǎn)生的。
• SIGTERM：終止進(jìn)程。這是一個(gè)終止進(jìn)程的請求，進(jìn)程可以捕獲該信號進(jìn)行清理操作，然后退出。
• SIGKILL：強(qiáng)制終止進(jìn)程。這個(gè)信號會(huì)直接終止進(jìn)程，進(jìn)程無法捕獲或忽略它。?

3、raise函數(shù)

功能：用于發(fā)送信號給當(dāng)前進(jìn)程

原型：int raise(int sig)

參數(shù) ：

? ? ? ? sig：參數(shù)指定要發(fā)送的信號類型

?當(dāng)調(diào)用raise函數(shù)時(shí)，它會(huì)向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送指定的信號。如果信號處理程序已經(jīng)注冊了對應(yīng)的信號，它將被調(diào)用進(jìn)行處理。否則，默認(rèn)的信號處理動(dòng)作將被執(zhí)行，可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程終止、停止或忽略信號。

舉例：

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/types.h>using namespace std;void my_handler(int signal_num)
{cout<< "接收到的信號碼: "<<signal_num << " "<<"my_pid: "<< getpid()<<endl;
}
//測試
int main()
{//注冊信號處理程序signal(SIGINT,my_handler);cout<<"SIGINT to slef"<<endl;//發(fā)送SIGINT給當(dāng)前進(jìn)程raise(SIGINT);cout<<" signal after" <<endl;return 0;
}

?

4、abort函數(shù)

功能：用于異常終止程序的函數(shù)

原型：void abort(void);

調(diào)用abort函數(shù)將導(dǎo)致程序異常終止，并返回一個(gè)非零的退出碼給操作系統(tǒng)，以指示程序異常結(jié)束。

由于abort函數(shù)會(huì)立即終止程序，所以它通常會(huì)在發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下使用，例如內(nèi)存泄漏、無效參數(shù)等。它向程序員提供了一種機(jī)制，用于在無法恢復(fù)正常執(zhí)行流程的情況下緊急停止程序。

然而，由于abort函數(shù)不進(jìn)行任何清理操作，因此不建議在正常情況下使用它來結(jié)束程序。在大多數(shù)情況下，應(yīng)該嘗試通過其他方式恢復(fù)程序的執(zhí)行，或者使用更適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)來進(jìn)行正常的程序終止，如exit函數(shù)。

三、信號的產(chǎn)生?

1、通過終端按鍵產(chǎn)生信號

通過終端按鍵產(chǎn)生信號是指用戶在終端（命令行界面）按下特定的按鍵組合，向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送一種信號。這種信號可以是一種通知或請求，告訴進(jìn)程執(zhí)行某種特定的操作。

在Unix和類Unix系統(tǒng)中，終端按鍵可以產(chǎn)生信號，這些信號可以與進(jìn)程進(jìn)行交互。例如，當(dāng)用戶按下 Ctrl+C 組合鍵時(shí)，會(huì)向當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程發(fā)送一個(gè) SIGINT 信號。這個(gè)信號的默認(rèn)處理動(dòng)作是終止進(jìn)程。

類似地，還有其他按鍵組合可以發(fā)送不同的信號，比如 Ctrl+\ 會(huì)發(fā)送 SIGQUIT 信號，默認(rèn)處理動(dòng)作也是終止進(jìn)程，并生成 core dump 文件。

這種通過終端按鍵產(chǎn)生信號的方式，提供了一種用戶與進(jìn)程交互的手段，用戶可以通過這種方式控制進(jìn)程的行為，比如終止進(jìn)程、暫停進(jìn)程等。同時(shí)，進(jìn)程也可以根據(jù)自身需要對這些信號進(jìn)行處理，比如忽略信號、自定義處理函數(shù)等。

那么core dump (核心轉(zhuǎn)儲)又是指的什么呢？

? ? ? ?首先解釋什么是Core Dump。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程要異常終止時(shí),可以選擇把進(jìn)程的用戶空間內(nèi)存數(shù)據(jù)全部 保存到磁盤上,文件名通常是core,這叫做Core Dump。

? ? ? ? 進(jìn)程異常終止通常是因?yàn)橛蠦ug,比如非法內(nèi)存訪問導(dǎo)致段錯(cuò)誤, 事后可以用調(diào)試器檢查core文件以查清錯(cuò)誤原因,這叫做Post-mortem Debug（事后調(diào)試）。一個(gè)進(jìn)程允許產(chǎn)生多大的core文件取決于進(jìn)程的Resource Limit(這個(gè)信息保存 在PCB中)。默認(rèn)是不允許產(chǎn)生core文件的, 因?yàn)閏ore文件中可能包含用戶密碼等敏感信息,不安全。在開發(fā)調(diào)試階段可以用ulimit命令改變這個(gè)限制,允許 產(chǎn)生core文件。 首先用ulimit命令改變Shell進(jìn)程的Resource Limit,允許core文件最大為1024K: $ ulimit -c 1024

這里本系統(tǒng)出于上面所說的安全等因素考慮core file?size文件數(shù)量是0?

2、調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)向進(jìn)程發(fā)信號

這里我們可以通過系統(tǒng)函數(shù)kill，raise,abort函數(shù)來向進(jìn)程發(fā)送我們想要的信息

 int cnt = 0;while(cnt <= 10){printf("cnt : %d ,pid: %d\n",cnt++,getpid());sleep(1);// if(cnt >= 5) abort();if(cnt >= 5) raise(9);}

?調(diào)用abort終止程序

?調(diào)用raise(9)終止程序

3、硬件異常產(chǎn)生信號?

? ? ? ? 硬件異常被硬件以某種方式被硬件檢測到并通知內(nèi)核,然后內(nèi)核向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘?。例如?dāng)前進(jìn)程執(zhí)行了除以0的指令,CPU的運(yùn)算單元會(huì)產(chǎn)生異常,內(nèi)核將這個(gè)異常解釋 為SIGFPE信號發(fā)送給進(jìn)程。再比如當(dāng)前進(jìn)程訪問了非法內(nèi)存地址,,MMU會(huì)產(chǎn)生異常,內(nèi)核將這個(gè)異常解釋為SIGSEGV信號發(fā)送給進(jìn)程。

除以0的指令

當(dāng)我們在編寫的程序進(jìn)行除0操作，為什么就會(huì)發(fā)送8好信號終止進(jìn)程呢?

通過下圖進(jìn)行理解：

當(dāng)我們進(jìn)行除0操作，在CPU中有一個(gè)專門用來檢測運(yùn)算的，狀態(tài)寄存器，里面有一個(gè)溢出標(biāo)記位當(dāng)除0時(shí)，標(biāo)記位就會(huì)溢出，從而被操作系統(tǒng)知曉，發(fā)送8好信號給進(jìn)程。?

非法內(nèi)存地址?

OS怎么知道呢？？我野指針了呢？，為什么程序中有野指針就會(huì)崩潰？

我們知道，其實(shí)指針指向的是虛擬地址，通過頁表映射到物理地址，當(dāng)指針越界訪問的時(shí)候，操作系統(tǒng)就可以察覺到，從而對進(jìn)程發(fā)送11號信號終止進(jìn)程。

void my_handler(int signal_num)
{cout<< "接收到的信號碼: "<<signal_num << " "<<"my_pid: "<< getpid()<<endl;sleep(1);
}
//測試
int main(int argc, char *argv[])
{//硬件異常產(chǎn)生信號signal(11,my_handler);while(true){std::cout << "我在運(yùn)行中...." << std::endl;sleep(1);int *p = nullptr; //寫一個(gè)野指針*p = 1;}return 0;
}

4、由軟件條件產(chǎn)生信號?

在理解軟件條件產(chǎn)生信號之前，我們需要理解allarm函數(shù)

頭文件：#include unsigned

類型：int alarm(unsigned int seconds);

用途：調(diào)用alarm函數(shù)可以設(shè)定一個(gè)鬧鐘,也就是告訴內(nèi)核在seconds秒之后給當(dāng)前進(jìn)程發(fā)SIGALRM信號, 該信號的默認(rèn)處理動(dòng) 作是終止當(dāng)前進(jìn)程。

這個(gè)函數(shù)的返回值是0或者是以前設(shè)定的鬧鐘時(shí)間還余下的秒數(shù)。打個(gè)比方,某人要小睡一覺,設(shè)定鬧鐘為30分鐘之后 響,20分鐘后被人吵醒了,還想多睡一會(huì)兒,于是重新設(shè)定鬧鐘為15分鐘之后響,“以前設(shè)定的鬧鐘時(shí)間還余下的時(shí)間”就 是10分鐘。如果seconds值為0,表示取消以前設(shè)定的鬧鐘,函數(shù)的返回值仍然是以前設(shè)定的鬧鐘時(shí)間還余下的秒數(shù)

void my_handler(int signal_num)
{cout<< "接收到的信號碼: "<<signal_num << " "<<"my_pid: "<< getpid()<<endl;exit(1);
}
//測試
int main(int argc, char *argv[])
{//4、軟件異常產(chǎn)生信號int cnt = 0;signal(SIGALRM,my_handler);//統(tǒng)計(jì)1秒數(shù)據(jù)能夠累計(jì)到多少alarm(1);while(true){cnt++;cout<< cnt <<endl;}return 0;
}

這里是沒有用signal捕捉信號?

?這里是用singal捕捉了14號信號

?從現(xiàn)象上來看，當(dāng)調(diào)用alarm函數(shù)，在經(jīng)過設(shè)置的時(shí)間后，會(huì)給進(jìn)程發(fā)送14號信號。

總結(jié)思考

上面所說的所有信號產(chǎn)生，最終都要有OS來進(jìn)行執(zhí)行，為什么？

這是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間的中介，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)的資源，并提供一個(gè)運(yùn)行環(huán)境，使得程序能夠在計(jì)算機(jī)上正確、高效地運(yùn)行。?

?OS是進(jìn)程的管理者 信號的處理是否是立即處理的？

信號的處理并不一定是立即的，它取決于信號的類型以及接收進(jìn)程的狀態(tài)?

在合適的時(shí)候 信號如果不是被立即處理，那么信號是否需要暫時(shí)被進(jìn)程記錄下來？?

是的，如果一個(gè)信號在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候不能立即處理，操作系統(tǒng)通常會(huì)將信號暫時(shí)記錄下來，以便稍后處理。這種記錄信號的機(jī)制通常稱為信號隊(duì)列（Signal Queue）。

信號隊(duì)列允許操作系統(tǒng)將接收到的信號排隊(duì)，而不會(huì)丟失它們。每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的信號隊(duì)列，用于存儲接收到的信號。當(dāng)信號到達(dá)時(shí)，它會(huì)被添加到接收進(jìn)程的信號隊(duì)列中。接收進(jìn)程可以隨后檢查隊(duì)列中的信號并決定如何處理它們。

一個(gè)進(jìn)程在沒有收到信號的時(shí)候，能否能知道，自己應(yīng)該對合法信號作何處理呢？?

一個(gè)進(jìn)程可以預(yù)先定義信號的處理方式，無論是否收到信號。這就是通過設(shè)置信號處理程序（Signal Handler）來實(shí)現(xiàn)的。信號處理程序是一段特定的代碼，它規(guī)定了進(jìn)程在接收特定信號時(shí)應(yīng)采取的操作。

進(jìn)程可以使用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用（如signal()、sigaction()等，具體取決于操作系統(tǒng)和編程語言）來注冊信號處理程序。一旦設(shè)置了信號處理程序，當(dāng)進(jìn)程接收到相應(yīng)的信號時(shí)，操作系統(tǒng)將執(zhí)行信號處理程序中定義的操作。

如何理解OS向進(jìn)程發(fā)送信號？能否描述一下完整的發(fā)送處理過程？

操作系統(tǒng)（OS）可以向進(jìn)程發(fā)送信號，這是一種進(jìn)程間通信的機(jī)制，用于通知接收進(jìn)程發(fā)生了某些事件或條件。下面是完整的發(fā)送信號的處理過程：

1. 信號產(chǎn)生：信號的產(chǎn)生通常是由操作系統(tǒng)、其他進(jìn)程或硬件事件引發(fā)的。信號可以表示不同的事件，如用戶按下終止鍵（Ctrl+C），進(jìn)程除零錯(cuò)誤，或者定時(shí)器超時(shí)等。

2. 信號的種類：每個(gè)信號都有一個(gè)唯一的標(biāo)識符，如SIGTERM、SIGINT、SIGSEGV等，用來表示不同的事件類型。操作系統(tǒng)和程序員可以根據(jù)需要定義自定義信號。

3. 信號發(fā)送：操作系統(tǒng)將信號發(fā)送給目標(biāo)進(jìn)程。這通常涉及到操作系統(tǒng)查找目標(biāo)進(jìn)程的進(jìn)程標(biāo)識符（PID）或進(jìn)程組標(biāo)識符（PGID），然后將信號發(fā)送給目標(biāo)。

4. 信號傳遞：操作系統(tǒng)將信號傳遞給目標(biāo)進(jìn)程。目標(biāo)進(jìn)程的執(zhí)行可能會(huì)被中斷，以便它可以處理接收到的信號。這意味著操作系統(tǒng)在進(jìn)程執(zhí)行期間會(huì)修改進(jìn)程的執(zhí)行流程，以引發(fā)信號處理。

5. 信號處理程序執(zhí)行：目標(biāo)進(jìn)程在接收到信號后，會(huì)查找它為該信號注冊的信號處理程序。信號處理程序是一段用戶定義的代碼，用于定義在接收信號時(shí)應(yīng)執(zhí)行的操作。處理程序可以是默認(rèn)的操作，用戶自定義的操作，或者忽略信號。

6. 信號處理：根據(jù)信號處理程序的定義，進(jìn)程采取相應(yīng)的操作。這可以包括終止進(jìn)程、忽略信號、記錄事件、執(zhí)行自定義操作等。處理程序執(zhí)行后，進(jìn)程可以繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)。

7. 信號傳遞結(jié)果：在信號處理程序執(zhí)行后，進(jìn)程可以向操作系統(tǒng)報(bào)告信號的處理結(jié)果，通常以退出狀態(tài)碼的形式。這可以幫助操作系統(tǒng)了解信號處理的成功與否，以及進(jìn)程是否需要進(jìn)一步處理。

總結(jié)來說，操作系統(tǒng)向進(jìn)程發(fā)送信號的過程涉及信號的產(chǎn)生、發(fā)送、傳遞、處理，以及可能的反饋。這種機(jī)制使得操作系統(tǒng)和不同進(jìn)程之間能夠進(jìn)行通信和協(xié)作，通常用于處理異常情況、用戶交互、進(jìn)程控制等。

?