linux-signal 信号的处理机制

最近同事的程序设计过程中用到了Linux的signal机制，从而引发了我对Linux中signal机制的思考。

Signal机制在Linux中是一个非常常用的进程间通信机制，很多人在使用的时候不会考虑该机制是具体如何实现的。signal机制可以被理解成进程的软中断，因此在实时性方面还是相对比较高的。Linux中signal机制的模型可以采用下图进行描述。

                                    

每个进程都会采用一个进程控制块对其进行描述，进程控制块中设计了一个signal的位图信息，其中的每位与具体的signal相对应，这与中断机制是保持一致的。

当系统中一个进程A通过signal系统调用向进程B发送signal时，设置进程B的对应signal位图，类似于触发了signal对应中断。发送signal只是“中断”触发的一个过程，具体执行会在两个阶段发生：

1. system call返回。进程B由于调用了system call后，从内核返回用户态时需要检查他拥有的signal位图信息表，此时是一个执行点。
2. 中断返回。进程被系统中断打断之后，系统将CPU交给进程时，需要检查即将执行进程所拥有的signal位图信息表，此时也是一个执行点。

综上所述，signal的执行点可以理解成从内核态返回用户态时，在返回时，如果发现待执行进程存在被触发的signal，那么在离开内核态之后（也就是将CPU切换到用户模式），执行用户进程为该signal绑定的signal处理函数，从这一点上看，signal处理函数是在用户进程上下文中执行的。当执行完signal处理函数之后，再返回到用户进程被中断或者system call（软中断或者指令陷阱）打断的地方。

Signal 机制实现的比较灵活，用户进程由于中断或者system call陷入内核之后，将断点信息都保存到了堆栈中，在内核返回用户态时，如果存在被触发的signal，那么直接将待执行的signal处理函数push到堆栈中，在CPU切换到用户模式之后，直接pop堆栈就可以执行signal处理函数并且返回到用户进程了。Signal处理函数应用了进程上下文，并且应用实际的中断模拟了进程的软中断过程。

最近写程序，各种bug各种错，有一回程序莫名退出，没报错，也没产生日志和core文件，貌似正常退出一样。但又不是在程序全部走完后退出，中途莫名退出，这就叫我想到了signal，应该是某些函数错误后发送kill信号给主进程，然后退出。

现在总结下signal各种类型：

执行命令：vim /usr/include/bits/signum.h即可查看

Signal	Description
SIGABRT	由调用abort函数产生，进程非正常退出
SIGALRM	用alarm函数设置的timer超时或setitimer函数设置的interval timer超时
SIGBUS	某种特定的硬件异常，通常由内存访问引起
SIGCANCEL	由Solaris Thread Library内部使用，通常不会使用
SIGCHLD	进程Terminate或Stop的时候，SIGCHLD会发送给它的父进程。缺省情况下该Signal会被忽略
SIGCONT	当被stop的进程恢复运行的时候，自动发送
SIGEMT	和实现相关的硬件异常
SIGFPE	数学相关的异常，如被0除，浮点溢出，等等
SIGFREEZE	Solaris专用，Hiberate或者Suspended时候发送
SIGHUP	发送给具有Terminal的Controlling Process，当terminal被disconnect时候发送
SIGILL	非法指令异常
SIGINFO	BSD signal。由Status Key产生，通常是CTRL+T。发送给所有Foreground Group的进程
SIGINT	由Interrupt Key产生，通常是CTRL+C或者DELETE。发送给所有ForeGround Group的进程
SIGIO	异步IO事件
SIGIOT	实现相关的硬件异常，一般对应SIGABRT
SIGKILL	无法处理和忽略。中止某个进程
SIGLWP	由Solaris Thread Libray内部使用
SIGPIPE	在reader中止之后写Pipe的时候发送
SIGPOLL	当某个事件发送给Pollable Device的时候发送
SIGPROF	Setitimer指定的Profiling Interval Timer所产生
SIGPWR	和系统相关。和UPS相关。
SIGQUIT	输入Quit Key的时候（CTRL+\）发送给所有Foreground Group的进程
SIGSEGV	非法内存访问
SIGSTKFLT	Linux专用，数学协处理器的栈异常
SIGSTOP	中止进程。无法处理和忽略。
SIGSYS	非法系统调用
SIGTERM	请求中止进程，kill命令缺省发送
SIGTHAW	Solaris专用，从Suspend恢复时候发送
SIGTRAP	实现相关的硬件异常。一般是调试异常
SIGTSTP	Suspend Key，一般是Ctrl+Z。发送给所有Foreground Group的进程
SIGTTIN	当Background Group的进程尝试读取Terminal的时候发送
SIGTTOU	当Background Group的进程尝试写Terminal的时候发送
SIGURG	当out-of-band data接收的时候可能发送
SIGUSR1	用户自定义signal 1
SIGUSR2	用户自定义signal 2
SIGVTALRM	setitimer函数设置的Virtual Interval Timer超时的时候
SIGWAITING	Solaris Thread Library内部实现专用
SIGWINCH	当Terminal的窗口大小改变的时候，发送给Foreground Group的所有进程
SIGXCPU	当CPU时间限制超时的时候
SIGXFSZ	进程超过文件大小限制
SIGXRES	Solaris专用，进程超过资源限制的时候发送

signal对应的值，POSIX.1中列出的信号

信号	值	处理动作	发出信号的原因
SIGHUP	1	A	终端挂起或者控制进程终止
SIGINT	2	A	键盘中断（如break键被按下）
SIGQUIT	3	C	键盘的退出键被按下
SIGILL	4	C	非法指令
SIGABRT	6	C	由abort(3)发出的退出指令
SIGFPE	8	C	浮点异常
SIGKILL	9	AEF	Kill信号
SIGSEGV	11	C	无效的内存引用
SIGPIPE	13	A	管道破裂: 写一个没有读端口的管道
SIGALRM	14	A	由alarm(2)发出的信号
SIGTERM	15	A	终止信号
SIGUSR1	30，10，16	A	用户自定义信号1
SIGUSR2	31，12，17	A	用户自定义信号2
SIGCHLD	20，17，18	B	子进程结束信号
SIGCONT	19，18，25		进程继续（曾被停止的进程）
SIGSTOP	17，19，23	DEF	终止进程
SIGTSTP	18，20，24	D	控制终端（tty）上按下停止键
SIGTTIN	21，21，26	D	后台进程企图从控制终端读
SIGTTOU	22，22，27	D	后台进程企图从控制终端写

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

没在POSIX.1中列出，而在SUSv2列出

信号	值	处理动作	发出信号的原因
SIGBUS	10，7，10	C	总线错误(错误的内存访问)
SIGPOLL		A	Sys V定义的Pollable事件，与SIGIO同义
SIGPROF	27，27，29	A	Profiling定时器到
SIGSYS	12，-，12	C	无效的系统调用 (SVID)
SIGTRAP	5	C	跟踪/断点捕获
SIGURG	16，23，21	B	Socket出现紧急条件(4.2 BSD)
SIGVTALRM	26，26，28	A	实际时间报警时钟信号(4.2 BSD)
SIGXCPU	24，24，30	C	超出设定的CPU时间限制(4.2 BSD)
SIGXFSZ	25，25，31	C	超出设定的文件大小限制(4.2 BSD)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

对于SIGSYS，SIGXCPU，SIGXFSZ，以及某些机器体系结构下的SIGBUS，Linux缺省的动作是A (terminate)，SUSv2 是C (terminate and dump core)。 

下面是其它的一些信号 

信号	值	处理动作	发出信号的原因
SIGIOT	6	C	IO捕获指令，与SIGABRT同义
SIGEMT	7，-，7
SIGSTKFLT	-，16，-	A	协处理器堆栈错误
SIGIO	23，29，22	A	某I/O操作现在可以进行了(4.2 BSD)
SIGCLD	-，-，18	A	与SIGCHLD同义
SIGPWR	29，30，19	A	电源故障(System V)
SIGINFO	29，-，-	A	与SIGPWR同义
SIGLOST	-，-，-	A	文件锁丢失
SIGWINCH	28，28，20	B	窗口大小改变(4.3 BSD, Sun)
SIGUNUSED	-，31，-	A	未使用的信号(will be SIGSYS)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在这里，- 表示信号没有实现；有三个值给出的含义为，第一个值通常在Alpha和Sparc上有效，中间的值对应i386和ppc以及sh，最后一个值对应mips。信号29在Alpha上为SIGINFO / SIGPWR ，在Sparc上为SIGLOST。

处理动作一项中的字母含义如下 
A 缺省的动作是终止进程 
B 缺省的动作是忽略此信号 
C 缺省的动作是终止进程并进行内核映像转储（dump core） 
D 缺省的动作是停止进程 
E 信号不能被捕获 
F 信号不能被忽略 

测试代码：

#include  
#include  
#include  
#include  
void when_alarm();  
void when_sigint();  
void when_sigchld(int);  
void when_sigusr1();  
void when_sigio();  
int main()  
{  
    int childpid;//子程序进程ID号  
    printf("程序已经开始运行，5秒钟后将接收到时钟信号。/n");  
    if ((childpid=fork())>0)//父进程  
    {  
        signal(SIGALRM,when_alarm);  //当接收到SIGALRM信号时，调用when_alarm函数  
        signal(SIGINT,when_sigint);  //当接收到SIGINT信号时，调用when_sigint函数  
        signal(SIGCHLD,when_sigchld);//当接收到SIGCHLD信号时，调用when_sigchld函数  
        signal(SIGUSR1,when_sigusr1);//当接收到SIGUSR1信号时，调用when_sigusr1函数  
        signal(SIGIO,when_sigio);//当接收到SIGIO信号时，调用when_sigio函数  
        alarm(5);     //5秒钟之后产生SIGALRM信号  
        raise(SIGIO); //向自己发送一个SIGIO信号  
        pause(); //将父进程暂停下来，等待SIGALRM信号到来  
        pause(); //将父进程暂停下来，等待SIGUSR1信号到来  
        pause(); //将父进程暂停下来，等待SIGCHLD信号到来  
        printf("------此时程序会停下来等待，请按下ctrl+c送出SIGINT信号-------/n");  
        pause(); //将父进程暂停下来，等待SIGINT信号到来          
    }  
    else if(childpid==0) //子进程  
    {  
        int timer;  
        for(timer=7;timer>=0;timer--) //时钟计时5秒产生SIGALRM信号，再过2秒子进程退出，产生SIGCHLD信号  
        {  
            if(timer>2)      
                printf("距离SIGALRM信号到来还有%d秒。/n",timer-2);  
            if(timer==4)  
                kill(getppid(),SIGUSR1); //向父进程发送一个SIGUSR1信号  
            if((timer<=2)&&(timer>0))  
                printf("子进程还剩%d秒退出，届时会产生SIGCHLD信号。/n",timer);  
            if(timer==0) //子进程退出，产生SIGCHLD信号  
                raise(SIGKILL); //子进程给自己发一个结束信号  
            sleep(1); //每个循环延时1秒钟  
        }          
    }  
    else  
        printf("fork()函数调用出现错误！/n");  
    return 0;  
}  
void when_alarm()  
{  
    printf("5秒钟时间已到，系统接收到了SIGALRM信号！/n");  
}  
void when_sigint()  
{  
    printf("已经接收到了SIGINT信号，程序将退出！/n");  
    exit(0);  
}  
void when_sigchld(int SIGCHLD_num)  
{  
    printf("收到SIGCHLD信号，表明我的子进程已经中止，SIGCHLD信号的数值是：%d。/n",SIGCHLD_num);  
}  
void when_sigusr1()  
{  
    printf("系统接收到了用户自定义信号SIGUSR1。/n");  
}  
void when_sigio()  
{  
    printf("系统接收到了SIGIO信号。/n");  
}