【Linux操作系统】学习Linux系统编程信号部分前你必须要知道这些

本文着重讲解Linux系统编程中的信号处理基础知识，包括信号的概念、信号的机制、信号相关的事件和状态、信号集、信号的编号、信号的4要素和常规的信号等，这些都是学习信号部分必须要掌握的内容。

1.信号的概念

信号在我们的生活中随处可见， 如：古代战争中摔杯为号；现代战争中的信号弹；体育比赛中使用的信号枪…

他们都有共性：

1. 简单
2. 不能携带大量信息
3. 满足某个特设条件才发送。

信号是信息的载体， Linux/UNIX 环境下，古老、经典的通信方式， 现下依然是主要的通信手段。Unix 早期版本就提供了信号机制，但不可靠，信号可能丢失。 Berkeley 和 AT&T 都对信号模型做了更改，增加了可靠信号机制。但彼此不兼容。 POSIX.1 对可靠信号例程进行了标准化。

2.信号的机制

A 给 B 发送信号， B 收到信号之前执行自己的代码，收到信号后， 不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行去处理信号，处理完毕再继续执行 。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称为“软中断”。

信号的特质：由于信号是通过软件方法实现，其实现手段导致信号有很强的延时性。但对于用户来说，这个延迟时间非常短，不易察觉。每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的，内核处理。

3.与信号相关的事件和状态

产生信号:

1. 按键产生，如： Ctrl+c、 Ctrl+z、 Ctrl+\
2. 系统调用产生，如： kill、 raise、 abort
3. 软件条件产生，如：定时器 alarm
4. 硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除 0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
5. 命令产生，如： kill 命令
   递达：递送并且到达进程。
   未决：产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

信号的处理方式:

1. 执行默认动作
2. 忽略(丢弃)
3. 捕捉(调用户处理函数)

4.信号集

Linux 内核的进程控制块 PCB 是一个结构体， task_struct, 除了包含进程 id，状态，工作目录，用户 id，组 id，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。

阻塞信号集(信号屏蔽字)

将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽 x 信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后(解除屏蔽后)

未决信号集

1. 信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为 1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为 0。这一时刻往往非常短暂。
2. 信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。

5.信号的编号

使用kill -l查看：

不存在编号为 0 的信号。其中 1-31 号信号称之为常规信号（也叫普通信号或标准信号）， 34-64 称之为实时信号，驱动编程与硬件相关。名字上区别不大。而前 32 个名字各不相同。

6.信号的4要素

1. 编号 2. 名称 3. 事件 4. 默认处理动作

可通过 man 7 signal 查看帮助文档获取

   	   Signal      Standard   Action   Comment
       ────────────────────────────────────────────────────────────────────────
       SIGABRT      P1990      Core    Abort signal from abort(3)
       SIGALRM      P1990      Term    Timer signal from alarm(2)
       SIGBUS       P2001      Core    Bus error (bad memory access)
       SIGCHLD      P1990      Ign     Child stopped or terminated
       SIGCLD         -        Ign     A synonym for SIGCHLD
       SIGCONT      P1990      Cont    Continue if stopped
       SIGEMT         -        Term    Emulator trap
       SIGFPE       P1990      Core    Floating-point exception
       SIGHUP       P1990      Term    Hangup detected on controlling terminal
                                       or death of controlling process
       SIGILL       P1990      Core    Illegal Instruction
       SIGINFO        -                A synonym for SIGPWR
       SIGINT       P1990      Term    Interrupt from keyboard
       SIGIO          -        Term    I/O now possible (4.2BSD)
       SIGIOT         -        Core    IOT trap. A synonym for SIGABRT
       SIGKILL      P1990      Term    Kill signal
       SIGLOST        -        Term    File lock lost (unused)
       SIGPIPE      P1990      Term    Broken pipe: write to pipe with no
                                       readers; see pipe(7)
       SIGPOLL      P2001      Term    Pollable event (Sys V);
                                       synonym for SIGIO
       SIGPROF      P2001      Term    Profiling timer expired
       SIGPWR         -        Term    Power failure (System V)
       SIGQUIT      P1990      Core    Quit from keyboard
       SIGSEGV      P1990      Core    Invalid memory reference
       SIGSTKFLT      -        Term    Stack fault on coprocessor (unused)
       SIGSTOP      P1990      Stop    Stop process
       SIGTSTP      P1990      Stop    Stop typed at terminal
       SIGSYS       P2001      Core    Bad system call (SVr4);
                                       see also seccomp(2)
       SIGTERM      P1990      Term    Termination signal
       SIGTRAP      P2001      Core    Trace/breakpoint trap
       SIGTTIN      P1990      Stop    Terminal input for background process
       SIGTTOU      P1990      Stop    Terminal output for background process
	   SIGUNUSED      -        Core    Synonymous with SIGSYS
       SIGURG       P2001      Ign     Urgent condition on socket (4.2BSD)
       SIGUSR1      P1990      Term    User-defined signal 1
       SIGUSR2      P1990      Term    User-defined signal 2
       SIGVTALRM    P2001      Term    Virtual alarm clock (4.2BSD)
       SIGXCPU      P2001      Core    CPU time limit exceeded (4.2BSD);
                                       see setrlimit(2)
       SIGXFSZ      P2001      Core    File size limit exceeded (4.2BSD);
                                       see setrlimit(2)
       SIGWINCH       -        Ign     Window resize signal (4.3BSD, Sun)

The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

在标准信号中，有一些信号是有三个“Value”，第一个值通常对 alpha 和 sparc 架构有效，中间值针对 x86、 arm和其他架构，最后一个应用于 mips 架构。一个‘-’表示在对应架构上尚未定义该信号。

不同的操作系统定义了不同的系统信号。因此有些信号出现在 Unix 系统内，也出现在 Linux 中，而有的信号出现在 FreeBSD 或 Mac OS 中却没有出现在 Linux 下。这里我们只研究 Linux 系统中的信号。

默认动作：

Term：终止进程
Ign： 忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)
Core：终止进程，生成 Core 文件。 (查验进程死亡原因， 用于 gdb 调试)
Stop：停止（暂停）进程
Cont：继续运行进程

注意从 man 7 signal 帮助文档中可看到 :

The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

这里特别强调了 9) SIGKILL 和 19) SIGSTOP 信号，不允许忽略和捕捉，只能执行默认动作。甚至不能将其设置为阻塞。

另外需清楚， 只有每个信号所对应的事件发生了，该信号才会被递送(但不一定递达)，不应乱发信号！！

7. 常规信号一览表

1. SIGHUP: 当用户退出 shell 时，由该 shell 启动的所有进程将收到这个信号，默认动作为终止进程
2. SIGINT：当用户按下了组合键时，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动
   作为终止进程。
3. SIGQUIT：当用户按下组合键时产生该信号，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信
   号。默认动作为终止进程。
4. SIGILL： CPU 检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生 core 文件
5. SIGTRAP：该信号由断点指令或其他 trap 指令产生。默认动作为终止里程 并产生 core 文件。
6. SIGABRT: 调用 abort 函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
7. SIGBUS：非法访问内存地址，包括内存对齐出错，默认动作为终止进程并产生 core 文件。
8. SIGFPE：在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为 0 等所有的算法错误。
   默认动作为终止进程并产生 core 文件。
9. SIGKILL：无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了
   可以杀死任何进程的方法。
10. SIGUSE1：用户定义 的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
11. SIGSEGV：指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
12. SIGUSR2：另外一个用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
13. SIGPIPE： Broken pipe 向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。
14. SIGALRM: 定时器超时，超时的时间 由系统调用 alarm 设置。默认动作为终止进程。
15. SIGTERM：程序结束信号，与 SIGKILL 不同的是，该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。
    执行 shell 命令 Kill 时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。
16. SIGSTKFLT： Linux 早期版本出现的信号，现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。
17. SIGCHLD：子进程状态发生变化时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
18. SIGCONT：如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。
19. SIGSTOP：停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为暂停进程。
20. SIGTSTP：停止终端交互进程的运行。按下组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
21. SIGTTIN：后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。
22. SIGTTOU: 该信号类似于 SIGTTIN，在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。
23. SIGURG：套接字上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出些信号，报告有紧急数据到达。如网络带外
    数据到达，默认动作为忽略该信号。
24. SIGXCPU：进程执行时间超过了分配给该进程的 CPU 时间 ，系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为
    终止进程。
25. SIGXFSZ：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
26. SIGVTALRM：虚拟时钟超时时产生该信号。类似于 SIGALRM，但是该信号只计算该进程占用 CPU 的使用时
    间。默认动作为终止进程。
27. SGIPROF：类似于 SIGVTALRM，它不公包括该进程占用 CPU 时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。
28. SIGWINCH：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
29. SIGIO：此信号向进程指示发出了一个异步 IO 事件。默认动作为忽略。
30. SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。
31. SIGSYS：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
32. SIGRTMIN ～ (64) SIGRTMAX： LINUX 的实时信号，它们没有固定的含义（可以由用户自定义）。所有的实时信号的默认动作都为终止进程。