十三、信号

一、信号基本概念

信号是系统预先定义好的某些特定时间，信号可以被产生，也可以被接收，产生和接收的实体都是进程，信号的作用就是一个进程向另一个进程通知某一时间的发生;是一种软件中断，提供一种处理异步事件的方法，如中断输入中断CTRL C，则会通过信号机制暂停一个程序，或及早终止管道中的下一个程序。
信号的名字都是以SIG开头，信号的定义文件位置在：

/usr/include/bits/signum.h

文件内容：

在头文件中一种事件一个信号，被定义为宏值，用正整数表示，不存在编号为0的信号，因为kill函数对信号编号0有特殊应用，在kill部分我们进行讲解，我们也可以用：

kill -l //查看所有的信号

（一）信号的产生

产生信号需要一定的条件，有几种常见的产生信号的条件：

• 当用户按某些终端键时，引发终端产生的信号。如在终端桑按DELETE键，或Ctrl+C通常会产生中断信号SIGINT。这时停止一个已失去控制的程序的方法。
• 硬件异常产生的信号，除数为0，无效地址等。这些条件通常由硬件检测到，并将其通知内核，然后内核为该条件发生时正在运行的进程产生适当的信号，如对执行一个无效内存引用的进程产生SIGSEGV信号。
• 进程调用kill(2)函数可以将信号发送给另一个进程或进程组，自然，对此有所限制，接受信号进程和发送信号进程的所有者必须相同，或者发送信号进程的所有者必须是超级用户。
• 用户可用kill(1)可将信号发送给其他进程，此命令只是kill函数的接口，常用此命令终止一个失控的后台进程。
• 当检测到某种软件条件发生时，并应将其通知有关进程时也产生信号，如SIGURG网络连接上传来带外数据时产生。

信号事件对于进程来说是随机出现的，进程不能简单的根据变量派判断是否出现了一个信号，而是必须告诉内核，在此信号出现时，请执行下列操作，那么内核在某个信号出现时如何处理呢？

（二）信号的处理

主要有这三种方式，我们称为信号的处理或信号相关的动作：

• 忽略此信号。大多数信号都可以使用这种方式进程处理，但又两种信号绝不能被忽略，它们是SIGKILL（9号信号）,SIGSTOP（15号信号），原因是：它们像超级用户提供了使进程终止或停止的可靠办法。如果忽略某些由硬件异常产生的信号，则进程的运行行为是未定义的。
• 捕捉此信号，要通知内核在某种信号发生时调用一个用户函数，在用户函数中，可执行用户希望对这种事件进行的处理。例如，若正在运行一个命令解释器，当用户键盘产生中断信号时，希望该命令解释器返回到主循环，终止正在为该用户执行的命令。如果捕捉到SIGCHLD信号，表示子进程已经终止，此信号的捕捉函数可以调用waitpid取得该子进程的进程ID和终止状态，进行僵死进程处理。不能捕捉SIGKILL,SIGSTOP信号。
• 执行系统的默认动作，这些都是系统规定的。

（三）信号的种类&常见信号

将信号分为可靠信号（实时信号）和不可靠信号（非实时信号）：

• 可靠信号：Linux改进了信号机制，新增了32种信号，均为可靠信号，信号支持排队，不会丢失，发多少次，就可以收到多少次，信号值位于[SIGRTMIN,SIGRTMAX]区间都是可靠信号。
• 非可靠信号：从unix系统继承过来的信号都是非可靠信号，信号不支持排队，可能会丢失，比如发送多次相同的信号，进程只能收到一次，信号值小于SIGRTMIN的都是非可靠信号。

可以通过kill -l查看信号的种类，我们需要了解常见的几种信号:

信号	宏值整数	含义
SIGHUP	1	终端接口检测到一个连接断开，则将此信号发送给与终端相关的控制进程
SIGINT	2	当用户按中断键（delete,Ctrl+c)时，终端驱动程序产生此信号并送至前台进程组的每一个进程，当一个进程运行失控时，常用此信号终止它。
SIGQUIT	3	当用户在终端上按退出键（Ctrl+/)时产生此信号，并送至前台进程组中的所有进程，会终止进程组，还会产生一个core文件。
SIGTERM	15	由kill命令发送的系统默认终止信号
SIGKILL	9	不能被忽略和捕捉的信号，为管理员提供了一种可以杀死任一进程的方法。所以kill -9 pid可以杀死任何进程。
SIGCONT	18	让进程继续运行，和STOP相反，就是bg命令，将挂起的进程发到后台执行
SIGSTOP	19	停止一个进程，按Ctrl+z键会触发。
SIGCHLD	17	当一个进程终止或停止时，将此信号发送给父进程，系统默认忽略，我们可以设置捕捉此信号，进行wait处理僵死进程。

二、修改信号响应方式的signal函数

（一）概念

signal函数时信号机制最简单的接口，函数原型如下：

# include
void (*signal(int signo,void (*func)(int)))(int);

参数说明：

• signo是信号名；
• func的值是常量SIG_IGN，SIG_DFL，或捕捉到此信号后要调用的函数地址。如果是SIG_IGN，内核忽略此信号；如果是SIG_DFL，则表示此信号按照系统默认处理方式处理；如果是函数地址时，表示在信号发生时，调用该函数，该函数的格式必须是：一个整型参数，无返回值。
• signal函数的返回值是一个函数地址，就是处理信号函数的地址，处理信号函数有一个整型参数，就是后面的（int)，即signal需要向信号处理程序传送一个整型参数，这个参数就是信号的正整数宏，处理函数无返回值。

（二）实例1：修改中断信号的响应方式

题目： 实现对中断信号的捕捉，修改响应方式，当我们进行Ctrl c 时程序不会中断，会输出"Hello Linux！"和signal传过来的参数sign。
实现： 实现fun函数打印字符，利用signal函数对SIGINT中断进行响应方式修改，将响应方式修改为fun函数。
代码：

# include
# include
# include
# include
# include

void fun(int sign)
{
    printf("Hello Linux! sign=%d\n",sign);
}

int main()
{
    signal(SIGINT,fun);//对中断进行捕捉自定义，SIGINT宏为2
    while(1)
    {
        sleep(5);
        printf("Ctrl c is trapeed\n");
    }
    exit(0);
}

运行：

（三）实例2：利用信号处理僵死进程

题目： 系统默认父进程忽略子进程的结束状态，这就导致子进程先于父进程结束，成为一个僵死进程，等待父进程结束才可以处理它。现在我们将父进程对子进程结束状态的信号做出一个反应，那就是立即处理，故需要实现捕捉子进程结束SIGCHLD信号，调用处理函数中对僵死进程进行处理，采用wait或waitpid都可以处理。那么代码如下：

# include
# include
# include
# include
# include
# include

void dealzom(int sign)//进行僵死进程处理
{
    printf("deal child\n");
    wait(NULL);
}

int main()
{
    pid_t pid=fork();
    if(pid==0)
    {
        printf("i am child\n");
        sleep(5);
        printf("child bye\n");
    }
    else
    {
        printf("i am father\n");
        signal(SIGCHLD,dealzom);//如果捕获到子进程状态变化，就进行dealzom函数处理
        sleep(20);
        printf("father over\n");
    }
    exit(0);
}

运行结果

开始运行时，父子进程一起开始运行，父进程打印出i am father后就开始sleep(20)，不会被阻塞，当子进程结束，产生SIGCHLD信号，父进程的睡眠会被唤醒，调用dealzom函数，处理僵死进程，等到处理完成又回到父进程，这时sleep这条语句已经执行过了，所以会接着执行下一条语句，输出father over这条语句，而不是接着睡眠。
以前父进程中直接调用wait，因为它不知道子进程啥时候结束，所以要一直阻塞，直到子进程结束，处理僵死进程，父进程才可以运行；采用信号之后，子进程结束后会给父进程发送信号，故父进程不必等待子进程结束，不会阻塞，收到信号进行处理即可。

三、信号的发送

（一）kill & raise

kill函数发送指定的信号到相应进程。不指定信号将默认发送SIGTERM（15）终止指定进程。如果无法终止该程序可用“-KILL” 参数，其发送的信号为SIGKILL(9) ，将强制结束进程，使用ps命令或者jobs 命令可以查看进程号。raise函数则允许进程向自身发送信号，它们的函数原型如下：

# include
int kii (pid_t pid,int signo);
int raise(int signo);
                                       成功返回0，失败返回-1

kill函数的pid参数有4种情况：

pid取值	含义
pid>0	将信号发送给进程ID为pid的进程
pid==0	将该信号发送给与发送进程属于同一进程组的所有进程
pid<0	将信号发送给其进程组ID等于pid的绝对值，而且发送进程具有向其发送信号的权限
pid==-1	将信号发送给发送进程有权限向让门发送信号的系统上的所有进程

那么如果pid为该进程自己的pid，kill也可以给自己发送信号，所以：

int kii (getpid(),int signo)等价于int raise(int signo);

signo表示信号类型，可以写信号对应的正整数，也可以写信号名称。我们常用kill命令进行进程的操作，主要有：

kill pid;//杀死进程
kill -9 pid；//强制杀死进程
kill -stop pid;//挂起进程

我们说过信号不能从0开始，因为系统将0信号量定义为空信号，如果signo信号量为0，那么kill仍正常执行，但是不会发送信号，所以经常被用来确定一个特定进程是否存在，如果向一个不存在的进程发送空信号，那么kill返回-1,将errno制位ESRCH。

（二）实例3：通过kill函数发送信号实现类似终端kill的相关命令

主要实现kill常用的命令，主要有三种，kill系统默认调用SIGTERM（15号）终止指定进程，加参数-9系统调用SIGKILL(9)，加参数-stop系统调用SIGSTOP（19）信号。我们现在用kill函数实现kill这三个命令，根据不同的参数选择不同的信号宏值传入。
思路：

• 需要运行时传参，./kill -x pid，共2个或3个，先判断参数数量是否正确；也可以没有-x，-x只能出现在中间，所以参数argv[1]保存-x的值，我们用字符串比较判断-x和-9，-stop是否相等，等于-9，信号设为9，等于-stop,信号设为19，信号初始为15。
• kill函数参数第一个为pid，所以我们需要获取pid，从第3个参数获取，但它是字符存储，所以需要用到sscanf进行格式转换，为sscanf(argv[2],"%d",pid)；表示把argv[2]的值转换为十进制保存在pid中。
• 之后调用kill(pid,sign）即可，它就会根据传入的参数对该进程进行一定的信号触发，引起系统处理。

代码：

# include
# include
# include
# include
# include

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc<2)//参数判断
    {
        printf("argc error,too less\n");
        exit(0);
    }
    int sign=15;//信号初始值
    int i=1;
    for(;i<argc;i++)
    {
        if(i==1)
        {
            if(strncmp(argv[1],"-9",2)==0)//判断
            {
                sign=9;
                continue;
            }
            if(strncmp(argv[1],"-stop",5)==0)
            {
                sign=19;
                continue;
            }
        }
        int pid=0;
        sscanf(argv[i],"%d",&pid);
        if(kill(pid,sign)==-1)//进行kill发送信号
        {
            perror("kill error\n");
        }
    }
    exit(0);

}

运行结果：

加油哦！。