Linux信号概念、认识、处理动作 ( 2 ) -【Linux通信架构系列 】

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一、信号的基本概念

信号，在很多大型应用程序中都经常出现。信号就是一个通知（事件通知），用来通知某一个进程发生的发生了某一件事。当然，这些事情或者说这些信号一般都是突然事件，或者说都是突然到来的，进程本身并不知道这些信号在什么时候发生。换句话说，信号是异步发生的，又称软件中断。

在Nginx中，可以把信号想象成是一个mastrt进程和work进程之间的一个很有效的通信手段，所以把信号看成一种非常简单的短消息。

1、信号一般是怎么产生的？

1.1、某个进程发送给另一个进程或者发送给自己

注意：进程能把信号发送给自己。某个进程把自己执行起来后，再执行一个自己并向原来的自己发送信号是可以的。

如Nginx在运行过程中（1个master进程，多个worker进程），要做热升级。热升级是要启动新的master进程的，那么这个新启动的master进程启动时，通过增加一些命令行参数的手段就可以向旧的master进程发送一些信号，从而控制旧的master进程做一些动作。

1.2、由内核发送给某个进程

（1）通过在键盘上输入一些命令动作，如按Ctrl + C组合键（中断信号）、使用kill命令等。
（2）内存访问异常。除数为0等，硬件会检测到并通知内核等。

2、信号在系统中的定义

信号是有名字的，这些名字都是以SIG开头，不同的系统支持的信号数量各不相同，少则支持十几个，多则支持50~60个。

信号虽然有名字，其实也都是一些数字。准确的说，信号是一些正整数，定义在系统的头文件里，一般在编程的时候包含signal.h（usr/include/）头文件即可。

输入命令可以查询：
sudo find / -name "signal.h" | xargs grep - in "SIGHUP"

这个命令的含义是从根目录开始，寻找一个名字叫做signal.h的文件， -name就是根据名字来查找。在某些文件中查找某行是否包含某个字符串时，可以用上面的命令。（在一批文件里搜索一个字符串）。

grep是文本搜索工具，-i参数表示查找忽略大小写，-n参数表示显示查找到的行号，要查找文本字符串是”SIGHUP“。

xargs参数表示向其他命令传递参数，用了xargs之后，find命令找到的文件内容就能传递到grep中，所以grep实际是在找到的文件内容中进行搜索。

图1.2.1 从根目录开始，在所有的signal.h文件中寻找含有SIGHUP字符串的行

随便找一个signal.h文件，利用vim编辑器查看内容：

图1.2.2 该signal.h文件中大概有32个信号

在vim编辑器查看signal.h的结果， 看起来大概有32个信号 ，这些SIG开头的信号其实就是一些宏定义。

二、通过kill命令认识一些信号

相信很多人对kill的用法最熟悉的莫过于输入”kill 进程ID“来杀死一个进程。其实kill命令所做的工作也是想进程发送一个信号，如果没有特别的要求，操作系统就会根据该信号，对该进程执行默认的动作，也就是终止该进程。

以 kill -数字 进程ID 方式发送多种信号，不带 -数字 ，那个数字 默认是15 ，既 -15 。

表2.1 部分kil命令的数字对应的信号以及收到信号时对应的默认处理动作

kill的参数	该参数发出的信号	操作系统默认的动作
-1	SIGHUP（链接断开）	终止掉进程（进程没了）
-2	SIGINT（终端中断符，比如Ctrl + C）	终止掉进程（进程没了）
-3	SIGQUIT（终端退出符，比如Ctrl + \）	终止掉进程（进程没了）
-9	SIGKILL（终止）	终止掉进程（进程没了）
-18	SIGCONT（使暂停的进程继续）	忽略（进程依旧还在运行不受影响）
-19	SIGSTOP（停止），可用SIGCONT继续，但任务被放到了后台	停止进程（不是终止，进程还在）
-20	SIGTSTP （终端停止符，同Ctrl + Z），但任务被放到了后台，可用SIGCONT继续	停止进程（不是终止，进程还在）

值得一提的是-19对应的SIGSTOP信号，该信号用于停止进程，但进程还在，和以往的信号（比如SIGKILL）不一样（SKILL是终止进程，进程不在了）。

接下来，我们测试一下，写一个无限循环、不停输出信息的代码：

#include 
#include 
int main(int argc, char *const *argv)
{
        printf("hello nginx\n");
        for(;;)
        {
                sleep(1);
                printf("进程休息1s\n");
        }
        printf("程序退出！再见！\n");
        return 0；
}

编译、链接并运行，然后我们kill 5382杀死进程,如图：

图2.2 附着到nginx进程上的strace工具输出killed by SIGTERM

图2.2 被kill掉的进程，在终端窗口中显示Terminated（终止）字样

如果输入kill 进程ID就是向该进程发送SIGTERM终止信号，同时进程被终止了，显示显示killed by SIGTERM，说明被SIGTERM信号杀死了。

后续几个信号就不列举了，可以自己去尝试一下。

三、进程的状态

如何查看进程状态呢？

查看进程状态，使用ps命令，在显示的列中增加一个stat 列即可。
ps -eo pid,ppid,sid,tty,pgrp,comm,stat | grep -E ‘bash|PID|nginx’

还有一种方法，ps命令配合aux也可以显示进程状态（aux代表一种BSD风格的显示格式）
ps -aux | grep -E ‘bash|PID|nginx’

如图：

图3.1 两种方式显示进程状态

STAT列显示进程状态字母是什么意思呢？可以看下表：

表3.2 进程的状态字母对应的状态含义

状态	含义
D	不可中断的休眠状态（通常是I/O的进程），可以处理信号，有延迟
R	可执行状态 & 运行状态（在运行队列里的状态）
S	可中断的休眠状态之中（等待某事件完成），可以处理信号
T	停止或被追踪（被作业控制信号所停止）
Z	僵尸进程
X	死掉的进程
<	高优先级的进程
N	低优先级的进程
L	有些页被锁紧内存
s	session leader（会话首进程），其下有子进程
t	追踪期间被调试器停止
+	位于前台的进程组

可以看到nginx进程的状态是S+状态。S意为sleepling（睡眠），+意为在前台运行。

如果现在用kill -19命令发送SIGSTOP信号来停止nginx进程（不是终止）则进程还在。

看下图的实例演示：

图3.3 通过kill信号处理来查看进程状态

四、常用的Signal信号列表

常用的Signal信号如表所示：

表4.1 常用信号名称及信号含义列表

信号名称	信号含义
SIGHUP（1）（链接断开）	终端断开信号。如果终端接口检测到一个链接断开，发送信号到该终端所在的会话首进程，默认动作会导致所有相关的进程退出（Xshell断开就会发送此信号）。kill -1 进程号 也能发送此信号给进程。
SIGALM（定时器超时）	一般调用系统函数alarm创建定时器后，定时器超时就会产生这个信号
SIGINT（2）（中断）	输入Ctrl + C(如进程正在循环中做一件事)，按Ctrl + C 组合键（中断键）就能打断进程正在做的事，按Ctrl + C组合键（中断键）就能打开进程正在做的事，终止进程。但shell会将后台进程对该信号的处理设置忽略（也就是说该进程若在后台运行则不会收到该信号）
SIGSEGV（无效内存）	内存访问异常，除数为0等，硬件会检测到并通知内核。其实这个SEGV代表断违例（segmentation violation），有时候运行一个自己写的C程序，如果程序内存访有问题，执行时也会出现这个信号
SIGIO（异步I/O）	通知异步I/O信号，如果通信接口套接字接口上有数据到达，或发生一些异步错误，内核就会向进程通知该信号。
SIGCHLD（子进程改变）	一个进程终止或停止时，这个信号会被发送给父进程（想象一下官方的Nginx: worker进程终止时，master进程应该会收到内核发出的针对该信号的通知。）
SIGUSR1、SIGUSR2（都是用户定义的信号）	用户定义的信号，可用于应用程序。
SIGTERM（15）（终止）	一般 通过在命令行输入”kill 进程ID“ 命令杀死一个进程时就会触发这个信号，程序收到这个信号后，可以编写代码做退出前的处理工作，实现”优雅退出“
SIGKILL（-9）（终止）	该信号不能被忽略，不能被进程本身捕捉，是杀死任意进程的可靠方法
SIGSTOP（19）（停止）	该信号不能被忽略，不能被进程本身捕捉，使进程停止执行。可以发送SIGCONT信号让该进程继续执行，但继续执行后该进程会被放入后台
SIGQUIT（3）（终端退出符）	按Ctrl + \ 组合键会触发该信号。但shell会将后台进程对该信号的处理设置为忽略（也就是说在后台运行则不会收到该信号）
SIGCONT（18）（使暂停的进程继续）	使 暂停的进程继续运行
SIGTSTP（20）（终端停止符）	按Ctrl + Z 组合键触发该信号。 进程被停止，并被放入后台，可以用SIGCONT继续运行

五、信号处理的相关动作

回顾刚才讲的kill命令时，用不同数字向nginx进程发送信号，结果是不同的，如果用-1、-2、-3、-9等发送信号时，结果是不同的，发现nginx进程被杀掉了（用ps看不到了）；但如果用-18发信号时（让进程继续运行的信号）时，发现nginx进程没什么反应；用-19、-20发信号时，发现nginx进程停止了，但没有终止（用ps还能看到nginx进程的存在），可以用-18发送信号让停止的nginx进程继续运行。

当某个信号出现时，可以按以下三种方式之一进行处理。这些方法称为信号的处理或与信号相关的动作。
（1）执行系统的默认动作

如果在代码中没有特别针对信号的处理代码，当应该进程收到信号时，操作系统（内核）会对该进程执行一个默认动作。不同的信号对应不同的默认动作，但是对于绝大多数信号，内核对进程执行的默认动作是把该进程杀死（终止该进程）。

（2）忽略此信号

如果不希望当收到某个信号的时候，内核执行该信号所对应的默认动作（如把进程杀死），可以通过写一些代码使操作系统忽略此信号，操作系统发现代码中实现了对该信号的忽略，就不会针对该信号对进程采取任何动作。

可能会有一个疑问：如果某个进程忽略了所有的信号，那内核岂不是完全杀不死该进程了？

当然不是这样的，因为只有两个信号不能被忽略（特权信号），就是SIGKILL和SIGSTOP。如果遇到常规杀不死的进程，可以使用kill -9的命令，正常情况下都能把进程杀死。

（3）捕捉该信号

所谓捕捉该信号，就是在代码中写一个信号处理函数，当系统收到该信号时，会自动调用该处理函数来处理。

当然，就算写了自己的信号处理函数，SIGKILL和SIGSTOP这两个信号仍然是特权信号，因此不要写代码去捕捉这两个信号，因为这样的代码是无效的。

六、小结

希望对信号有一个较好的理解，因为在很多大型软件开中，信号的使用都会体现在很多方面。