Linux——进程信号(上)
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前文
一，什么是进程信号
二，信号的产生
2.1 通过按键终端产生信号
2.2 调用系统函数向进程发信号
2.3 由软条件产生信号
2.4 硬件异常产生信号
总结
前文
上文主要讲了一下进程间用管道通信的相关知识，本文主要带领大家深度认识一下进程信号的相关知识，我们主要从三个方面讲解信号产生，信号保存，信号处理。
一，什么是进程信号
信号在我们的日常生活中并不少见，如红绿灯， 当我们看到红灯时会知道需要停下来并且会停下来；当闹钟响起时，我们会起床；当快递员和我打电话说快递到楼下时，我们会下去拿快递等等。这些都是典型的信号，因此我们可以得到第一条结论信号其实就是信息加上处理动作。
而在这些信号中我们还发现一个特征，就是即使还没有收到信号，我们也都明白这些信号的含义 ，也就是知道怎么处理信号，例如即使红绿灯红灯没亮，我们也知道红灯需要停下来等待。而在进程中也是这样，现实里是老师或者家长教会我们如何处理信号，而在进程中是我们程序员教会我们的进程如何处理信号
另外，在我们的日常生活中，信号可能随时产生， 例如快递，我们不知道快递具体的送到时间，假如快递送到的时候，我们在打LOL激情排位，马上就要把对方家推掉了，此时我们可能会让快递员在下面等俩分钟，我们打完再下去拿。此时就形成了信号产生————信号保存————信号处理，在原先的信号产生和信号处理中间多了个信号保存，即使我们不能立即处理这个信号，也需要把他保存起来，留到后面处理。因此，信号的产生对于进程来讲是异步的，也就是进程并不清楚信号什么时候传递进来，因此在接收到信号之前都在忙自己的事，不会什么也不做就等着信号的传递。
那么信号在进程中是怎么保存的呢？又是记录在哪里的呢？
首先我们来看看linux中的常用信号
如上图所示，每个信号都由一个编号和一个宏定义名称组成,以红线为界限，前31个信号是常规信号是我们这节课要学习的重点，后面的是实时信号我们目前不学习。
因此我们需要保存的信号就是前31个，那么有什么办法呢？这里我们只需要确认是否接受到信号，也就是信号有无的问题，因此我们可以用0表示没有，1表示有 ，恰好信号为31个，因此我们可以用位图的数据结构来表示，也就是用一个32位整形的每一个二进制位映射一个信号，如第一个比特位映射信号1
那么这数据是在哪里保存的呢？
在linux中，每一个进程，操作系统都会创建一个task_struct结构体保存其相关信息，因此上面的signal就保存在进程对应的task_struct中
struct task_struct
{
...
uint_32 signal;
...
};
因此我们可以得知，所谓的发信号其实就是写入信号，直接修改进程的信号位图中映射的比特位，而task_struct结构由操作系统直接维护，只能由操作系统修改，因此后面无论信号如何产生，最后都有操作系统完成发送
讲完信号保存我们来稍微认识一下信号处理，信号处理主要有以下三种方式
1.默认动作，例如红灯停，绿灯行
2.忽略信号，如红灯亮的时候你不停下来，继续走
3.用户自定义动作，如红灯的时候别人都是停下来，你就比较牛逼了，你直接来一段街舞
到此，信号的基本认识就结束了，接下来我们主要讲一下信号的产生
二，信号的产生
2.1 通过按键终端产生信号
什么是按键终端呢？其实就是用键盘输入信号，例如常见的Ctrl+c，Ctrl+\
如上图所示， 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(主要只有前台进程才可以收到信号)
而 Ctrl+c，Ctrl+\分别对应信号2 SIGINT以及信号3 SIGQUIT.
SIGINT的默认处理动作是终止进程,SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且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。)。
那么如何证明Ctrl+c，Ctrl+\分别对应信号2 SIGINT以及信号3 SIGQUIT呢？
这时我们可以用signal函数
如上图所示，handler是一个函数指针，signum为对应信号，而signal可以将接受到的signum信号的处理方式改成handler(handler函数的格式需要和上面typedef定义的格式对应)。而我们的证明方式就是将2，3号信号的处理方式改成handler从而验证Ctrl+c，Ctrl+\分别对应信号2 SIGINT以及信号3 SIGQUIT.
如上图所示，我们发现Ctrl+c，Ctrl+\分别对应信号2 SIGINT以及信号3 SIGQUIT.
2.2 调用系统函数向进程发信号
在linux中我们指令发送信号通常是用kill命名完成，而kill命令是调用kill函数实现的。kill函数可以给一个指定的进程发送指定的信号。raise函数可以给当前进程发送指定的信号(自己给自己发信号)。
#include
int kill(pid_t pid, int signo);
int raise(int signo);
这两个函数都是成功返回0,错误返回-1。
kill第一个参数的pid指的是目标进程的pid，signo为要发送的信号，rasie的signo参数也是要发送的对象，但是目标为自己。接下来我们简单运用一下
目标进程如下所示
int main()
{
/* signal(2,myhandler);
signal(3,myhandler); */
while(true)
{
cout<<"我是进程，我的pid: "<kill进程
int main(int argc, char *argv[])
{
int signal=atoi(argv[1]);
int traget_id=atoi(argv[2]);
int ret1=kill(traget_id,signal);//指令参数读取指令
assert(ret1==0);
while(true)
{
cout<<"我是进程，我的pid: "<实验结果
如图，kill用kill函数用信号9杀死了进程8196，然后10s后调用raise用信号9杀死自己
此外除了kill和raise接口还有一个abort接口 ，abort接口会使当前进程接受到信号而异常终止
#include
void abort(void);
就像exit函数一样,abort函数总是会成功的,所以没有返回值 2.3 由软条件产生信号
进程在运行过程中不符合某种软件条件时OS会向进程发送信号，例如管道的读端关闭，写端依旧在向管道中写入内容，当写端将管道写满之后，OS会向写端进程发送SIGPIPE信号(13)，进程对于SIGPIPE信号的默认处理方式是Term（终止进程）。而本节主要介绍alarm函数 和SIGALRM信号。
#include
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动作是终止当前进程。
这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。打个比方,某人要小睡一觉,设定闹钟为30分钟之后响,20分钟后被人吵醒了,还想多睡一会儿,于是重新设定闹钟为15分钟之后响,“以前设定的闹钟时间还余下的时间”就是10分钟。如果seconds值为0,表示取消以前设定的闹钟,函数的返回值仍然是以前设定的闹钟时间还余下的秒数，我们来个小项目验证一下
void myhandler(int signal)
{
cout<<"我的信号是: "<如上图，我们先将信号2的处理方式替换成myhandler，然后我们闹钟倒数十秒，十秒后自动响起进程结束，而在此之间当我们发送信号2时，会自动调用myhandler中的alarm，此时再次发送信号2，就可以验证alarm返回值的问题了
结果如上所示，当我们发送信号2时，myhandler会调用alarm，当我们在myhandler中的alarm响之前再次发送信号2，我们发现alarm的返回值为上一次闹钟时间的剩余时间。
2.4 硬件异常产生信号
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。
以我们常见的除0错误为例，当我们除0进程在运行时，数据会加载到cpu计算，然后除0会导致结果溢出，此时cpu的溢出检测码会从0置为1，此时操作系统作为硬件软件的管理者，会检测到cpu的异常码，然后通过cpu找的异常码所在的进程，并向该进程发送SIGFPE码中断该进程.
接下来我们就用signal函数验证一下，SIGFPE对应的信号为8
运行结果如下
如图，首先经过实验我们发现除0所发送的异常信号确实是8号信号(SIGFPE)，其次我们并没有写循环也只有一行除0但是操作系统却一直给我们发送8号信号，这又是因为什么呢？这是因为进程一直没有关闭，因此CPU中的溢出检测码就一直为1，操作系统就会一直检测到，就导致操作系统会不停的给进程发送信号。
另外我们还有一个发现，就是在编译时编译器会有除0警告，但是依旧可以编译通过，这是因为除0是在进程运行中硬件检测出来的，不属于语言层问题，属于硬件层，因此编译器会警告但仍然能够编译通过。
总结
本文主要带领大家先浅显的认识一下信号发出，信号保存，信号处理，并且带领大家深入了解信号发出的四种方式，而信号保存和信号处理会在后续放出。