【Linux】进程信号篇：信号的产生（signal、kill、raise、abort、alarm）、信号的保存（core dump）

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kill -l 可以查看所有信号：

其中，前面的数字就是信号，后面的大写英文就是信号名称，实际就是宏。

我们需要关注的是 1~31 号普通信号，关注他们有没有产生（可以用 0 或者 1 表示）。

所以，进程的 pcb 中，需要对产生的信号先用 位图 保存起来，再按照一定的顺序去处理他们。

我们所谓发送信号，本质其实就是写入信号，直接修改特定进程的信号位图中的特定比特位（0 / 1）。位图中，比特位的位置，是信号的编号；比特位的内容表示，是否收到该信号。

无论后面有多少种信号产生的方式，最终都必须要让 OS 来完成最后发送 / 写入的过程。

man 7 signal：查看所有信号详细信息

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一、 signal 函数：用户自定义捕捉信号

#include 

typedef void (*sighandler_t)(int);
 
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
 
参数 signum：

• 信号编号

 
参数 handler：

• 用户自定义处理动作，在 signum 信号发生时触发。

使用举例：

// 自定义方法
// signo：特定信号被发送给当前进程的时候，执行handler方法的时候，要自动填充对应的信号给handler方法
// 我们甚至可以给所有的信号设置同一个处理函数
void handler(int signo)
{
    std::cout << "get a singal: " << signo << std::endl;
    // exit(2);
}


int main()
{
    // signal(SIGINT, handler);
    // signal(SIGQUIT, handler);

    signal(2, handler);	// 2：ctrl+c
    signal(3, handler);	// 3：ctrl+\
    while(true)
    {
        std::cout << "我是一个进程，我正在运行 ..., pid: " << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

1. 2号信号，进程的默认处理动作是终止进程
2. signal 可以进行对指定的信号设定自定义处理动作
3. signal(2, handler)调用完这个函数的时候，handler方法没有被调用，只是更改了2号信号的处理动作。
4. 那么handler方法在当2号信号产生的时候才会被调用
5. 默认我们对2号信号的处理动作：终止进程，我们用signal(2, handler)， 我们在执行用户动作的自定义捕捉！不是每个信号我们都可以自定义捕捉的！！比如 9 就不行。是 OS 规定的

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二、信号的产生

1. 通过中断按键产生信号

比如用户按下 ctrl+c，键盘输入产生一个 硬件中断，用电信号将中断号写入寄存器，系统再根据中断号去中断向量表中查找，然后 OS 再从键盘中去读取数据（看是键盘哪些位置被摁下）。被 OS 获取后，解释成信号，发送给目标前台进程。

2. 调用系统函数向进程发信号

2.1 kill 函数：给任意进程发送任意信号

头文件

#include 

int kill(pid_t pid, int sig);
 
参数 pid：

• 进程pid
   

参数 sig：

• 信号

2.2 raise 函数：给调用进程发送任意信号

头文件

#include 

int raise(int sig);
 
参数 sig：

• 信号

2.3 abort 函数：给调用进程发送 6 号信号

头文件

#include 

void abort(void);

进程收到 6 号信号就会终止，即使可以被用户捕捉到，也会完成终止。

3. 软件条件产生信号

（SIGPIPE也是一个由软件条件产生的信号

alarm 函数：闹钟时间后，发送 14（SIGALRM ）号信号

默认动作是终止（Term）当前进程
头文件

#include 

unsigned alarm(unsigned seconds);
 
参数 seconds：

• 时间

 
返回值：

• 0，或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。（比如第一次提前结束，在次重新设定时，就会返回之前剩余的时间）

alarm 函数是一次性的，可以利用捕捉器，进行 自取 操作，达到不断设置闹钟的作用。

使用举例：

void myhandler(int signo)
{
    std::cout << "get a signal: " << signo << " count: " << count << std::endl;
    alarm(1);
    // exit(0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    std::cout << "pid: " << getpid() << std::endl;
    signal(SIGALRM, myhandler);
    alarm(1); //一次性的

    while(true)
    {
        sleep(1);
    }
}

alarm 也是有内核数据结构的，OS 管理这些内核数据结构，每隔一段时间就会去比如说管理 alarm 的最小堆中，当堆顶 timestamp >= 系统当前时间 时，就会给这个对应的进程 pid 发送 SIGALRM 信号，并把这个闹钟从堆中拿走。

struct alarm
{
	int timestamp; // curr + 设置的seconds
	// ...进程 pid ...等等
};

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。

4.1 除0：8） SIGFPE

Signal	Value	Action	comment
SIGFPE	8	Core	Floating point exception

例如当前进程执行了除 0 的指令，CPU的运算单元会产生异常，内核将这个异常解释为 SIGFPE 信号，发送给进程。

状态寄存器：用比特位表示状态，其中有一位，就是反映本次计算是否有溢出问题。

出现除 0 后，溢出标志位被置 1，os 发现后立即将 相应进程 pcb 中发送 8号 信号。

4.2 野指针：11） SIGSEGV

Signal	Value	Action	comment
SIGSEGV	11	Core	Invalid memory reference

再比如当前进程访问了非法内存地址，MMU 会产生异常，内核将这个异常解释为 SIGSEGV 信号发送给进程。

虚拟地址 通过页表 转换访问到物理内存，这个过程其实是软硬件结合的方式完成的。这个页表的 KV 转换过程就是由硬件 MMU 完成的。

MMU：内存管理单元，被集成在 CPU 内，转换时，只需要把虚拟地址导入到 MMU 这个硬件中，用这个硬件转。

举例：

// 一个野指针问题
int *p = nullptr;
p* = 100;

分析上述代码，当我们赋值给指针为 nullptr 时，p 里面放的是 0 或者 nullptr，*p 代表的就是虚拟地址空间中的 0 号地址，我们想将 100 写入 0 号地址，但这个地址我们没有申请过，他也不允许我们访问，所以造成了野指针 / 悬垂指针问题。

其实，*p = 100；第一步并不是写入，而是首先进行虚拟地址到物理内存的转换。

• 没有映射：MMU 硬件报错
• 有映射，但是没有权限：MMU 直接报错
• OS 接收到报错后，传递给 CPU 中的一个寄存器，找到相应进程的 pcb 对其发送 11号 信号。

三、信号保存的细节

1. core 和 term

查看信号的 Action 栏有 core 和 term 两种。

他们有什么不同呢？

• term 终止的就是终止，没有多余的动作。

• core 终止，会先进行核心转储，再进行终止。

进程在异常的时候，OS 可以将该核心代码部分进行 核心转储，将内存中进程的相关数据，全部 dump 到磁盘中。核心转储的目的是，方便异常后进行调试。

一般核心转储文件在云服务器上确实看不到，而是云服务器默认是关闭这个功能的！ulimit -a 可以查到 core_file_size 大小是0，即关闭的，按照提示 ulimit -c [数值] 设置大小，即可打开核心转储功能，数值设为 0 就是关闭。

当程序异常时，我们不知道哪里出了问题。有如下解决方法，称作 事后调试：

• -g 生成可执行程序，使用 gdb 命令打开调试模式

• 命令行中输入：core-file core.xxxx (xxxx 为相应的核心转储生成文件)，就会出现报错原因的详细信息，和报错位置

既然核心转储那么方便，为什么云服务器要关闭这个功能呢？

Linux环境根据使用目的可以分为：开发环境、测试环境、生产环境
云服务器属于生产环境，生产环境是默认关闭核心转储的！

按照 CPU 的运行速度，错误的代码，在短时间内可以造成大量的 core. 文件，磁盘写满甚至系统崩溃都是有可能的，所以生产环境下，一般都是将这个功能关闭的。

2. waitpid 中，status 第八位的 core dump 标志位

这里的 core dump 标志位，就是用来记录，是否有 core dump 出现的。