shell阶段-day11-信号处理

信号控制

一、信号说明

在脚本执行过程中, 可能会被一些键盘操作快捷方式所打断, 影响脚本运行

# HUP(1):  1、挂起信号 2、往往可以让进程重新加载配置
本信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一session内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联。

登录Linux时，系统会分配给登录用户一个终端(Session)。在这个终端运行的所有程序，包括前台进程组和后台进程组，一般都 属于这个 Session。当用户退出Linux登录时，前台进程组和后台有对终端输出的进程将会收到SIGHUP信号。这个信号的默认操作为终止进程，因此前台进 程组和后台有终端输出的进程就会中止。不过，可以捕获这个信号，比如wget能捕获SIGHUP信号，并忽略它，这样就算退出了Linux登录，wget也 能继续下载。

此外，对于与终端脱离关系的守护进程，这个信号用于通知它重新读取配置文件。

# INT(2):  中断, 通常因为按下ctrl+c而产生的信号，用于通知前台进程组终止进程。
# QUIT(3): 退出，和SIGINT类似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-\)来控制. 进程在因收到SIGQUIT退出时会产生core文件, 在这个意义上类似于一个程序错误信号。

# TSTP(20): 停止进行运行,通常因为按下ctrl+z而产生的信号

# KILL (9)
用来立即结束程序的运行. 本信号不能被阻塞、处理和忽略。如果管理员发现某个进程终止不了，可尝试发送这个信号。
# TERM(15): 
终止,是不带参数时kill默认发送的信号，默认是杀死进程，与SIGKILL不同的是该信号可以被阻塞和处理。通常用TERM信号来要求程序自己正常退出，如果进程终止不了，我们才会尝试SIGKILL。
  
# ===============了解===============
# ABRT(6): 中止, 通常因某些严重错误产生的引号   

# SIGCHLD 
子进程结束时, 父进程会收到这个信号。

如果父进程没有处理这个信号，也没有等待(wait)子进程，子进程虽然终止，但是还会在内核进程表中占有表项，这时的子进程称为僵尸 进程。这种情 况我们应该避免(父进程或者忽略SIGCHILD信号，或者捕捉它，或者wait它派生的子进程，或者父进程先终止，这时子进程的终止自动由init进程 来接管)。

# 更多详见：man 7 signal

二、捕捉信号

我们可以用trap命令捕捉信号（trap命令并不能捕获所有信号，但是常用信号HUP、INT、QUIT、TERM都是可以捕获的），执行我们规定的操作

# 操作1：捕捉信号、执行引号内的操作
trap "echo 已经识别中断信号:ctrl+c" INT

# 示例2：捕捉信号、不执行任何操作
trap "" INT  

# 示例3：也可以同时捕获多个信号
trap "" HUP INT QUIT TSTP

例1：

[root@egon test]# cat m.sh 
#!/bin/bash

trap "echo 已经识别到中断信号:ctrl+c" INT
trap 'echo 已经识别到中断信号:ctrl+\\' QUIT
trap 'echo 已经识别到中断信号:ctrl+z' TSTP

read -p "请输入你的名字: " name
echo "你的名字是：$name"
[root@egon test]# chmod +x m.sh 
[root@egon test]# ./m.sh 
请输入你的名字: ^C已经识别到中断信号:ctrl+c
^C已经识别到中断信号:ctrl+c
^C已经识别到中断信号:ctrl+c
^\已经识别到中断信号:ctrl+\
^\已经识别到中断信号:ctrl+\
^Z已经识别到中断信号:ctrl+z
^Z已经识别到中断信号:ctrl+z
egon
你的名字是：egon
[root@egon test]# 

例2：

#!/bin/bash
trap "" HUP INT QUIT TSTP  # kill -HUP 当前进程的pid，也无法终止其运行

clear
i=0
while true
do
    [ $i == 0 ] && i=1 || i=0
	if [ $i == 0 ];then
        echo -e "\033[31m 红灯亮 \033[0m"
    else
        echo -e "\033[32m 绿灯亮 \033[0m"
    fi
    sleep 1
    clear
done

PS：可以使用kill -9终止以上进程

三、关于HUP信号

要了解Linux的HUP信号，需要从hangup说起

在 Unix 的早期版本中，每个终端都会通过 modem 和系统通讯。
当用户 logout 时，modem 就会挂断（hang up）电话。 
同理，当 modem 断开连接时，就会给终端发送 hangup 信号来通知其关闭所有子进程。 

​ 综上，我们知道，当用户注销（logout）或者网络断开或者终端关闭(注意注意注意，一定是终端整体关闭，不是单纯的exit)时，终端都会收到Linux HUP信号（hangup）信号，然后终端在结束前会关闭其所有子进程。

​ 如果我们想让我们的进程在后台一直运行，不要因为用户注销（logout）或者网络断开或者终端关闭而一起被干掉，那么我们有两种解决方案

• 方案1：让进程忽略Linux HUP信号
• 方案2：让进程运行在新的会话里，从而成为不属于此终端的子进程，就不会在当前终端挂掉的情况下一起被带走。

1、 nohup命令

​ 针对方案1，我们可以使用nohup命令，nohup 的用途就是让提交的命令忽略 hangup 信号，该命令通常与&符号一起使用

nohup 的使用是十分方便的，只需在要处理的命令前加上 nohup 即可，但是 nohup 命令会从终端解除进程的关联，进程会丢掉STDOUT，STDERR的链接。标准输出和标准错误缺省会被重定向到 nohup.out 文件中。一般我们可在结尾加上"&"来将命令同时放入后台运行，也可用">filename 2>&1"来更改缺省的重定向文件名。

​ 示例

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-FQa8RBD2-1612258542172)(/Users/linhaifeng/Desktop/shell%E7%BC%96%E7%A8%8B/img/shell03.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-RvIsgBd5-1612258542188)(/Users/linhaifeng/Desktop/shell%E7%BC%96%E7%A8%8B/img/shell04.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eecwk3So-1612258542198)(/Users/linhaifeng/Desktop/shell%E7%BC%96%E7%A8%8B/img/shell05.png)]

2、setsid命令

​ 针对方案1，我们还可以用setsid命令实现，原理与3.1是一样的，setid是直接将进程的父pid设置成1，即让运行的进程归属于init的子进程，那么除非init结束，该子进程才会结束，当前进程所在的终端结束后并不会影响进程的运行

# 1、在终端2中执行命令
[root@egon ~]# setsid ping www.baidu.com  # 也可以在后面加&符号

# 2、关闭终端2

# 3、在终端1中查看
[root@egon ~]# ps -ef |grep [p]ing
root     102335      1  0 17:53 ?        00:00:00 ping www.baidu.com

3、在子shell中提交任务

# 1、在终端2中执行命令
[root@egon ~]# (ping www.baidu.com &)  # 提交的作业并不在作业列表中

# 2、关闭终端2

# 3、在终端1中查看
[root@egon ~]# ps -ef |grep [p]ing
root     102361      1  0 17:55 ?        00:00:00 ping www.baidu.com
            
可以看到新提交的进程的父 ID（PPID）为1（init 进程的 PID），并不是当前终端的进程 ID。因此并不属于当前终端的子进程，从而也就不会受到当前终端的Linux HUP信号的影响了。

4、screen命令

# 1、安装
[root@egon ~]# yum install screen -y

# 2、运行命令
方式一：开启一个窗口并用-S指定窗口名，也可以不指定
[root@egon ~]# screen -S egon_dsb 
'''
Screen将创建一个执行shell的全屏窗口。你可以执行任意shell程序，就像在ssh窗口中那样。
在该窗口中键入exit则退出该窗口，如果此时，这是该screen会话的唯一窗口，该screen会话退出，否则screen自动切换到前一个窗口。
'''

方式二：Screen命令后跟你要执行的程序
[root@egon ~]# screen vim test.txt
'''
Screen创建一个执行vim test.txt的单窗口会话，退出vim将退出该窗口/会话。
'''

# 3、原理分析
screen程序会帮我们管理运行的命令，退出screen，我们的命令还会继续运行，若关闭screen所在的终端，则screen程序的ppid变为1，所以screen不会死掉，对应着它帮我们管理的命令也不会退出
测试略

# 4：重新连接会话
在终端1中运行
[root@egon ~]# screen
[root@egon ~]# n=1;while true;do echo $n;sleep 1;((n++));done

[root@egon ~]# 按下ctrl+a，然后再按下ctrl+d，注意要连贯，手别哆嗦,

[root@egon ~]# 此时可以关闭整个终端，我们的程序并不会结束

打开一个新的终端
[root@egon ~]# screen -ls
There is a screen on:
	109125.pts-0.egon	(Detached)
1 Socket in /var/run/screen/S-root.

[root@egon ~]# screen -r 109125  # 会继续运行
[root@egon ~]# 

注意：如果我们刚开始已经用screen -S xxx指定了名字，那么我们其实可以直接
screen -r xxx ，就无须去找进程id了

5、远程演示

# 在终端1：
[root@egon ~]# screen -S egon_av

# 开启一个新的终端，在该终端执行的命令，终端1会同步显示
[root@egon ~]# screen -x egon_av

四、僵尸进程与孤儿进程

1、僵尸进程

#1、什么是僵尸进程
操作系统负责管理进程
我们的应用程序若想开启子进程，都是在向操作系统发送系统调用
当一个子进程开启起来以后，它的运行与父进程是异步的，彼此互不影响，谁先死都不一定

linux操作系统的设计规定：父进程应该具备随时获取子进程状态的能力
如果子进程先于父进程运行完毕，此时若linux操作系统立刻把该子进程的所有资源全部释放掉，那么父进程来查看子进程状态时，会突然发现自己刚刚生了一个儿子，但是儿子没了！！！
这就违背了linux操作系统的设计规定
所以，linux系统出于好心，若子进程先于父进程运行完毕/死掉，那么linux系统在清理子进程的时候，会将子进程占用的重型资源都释放掉(比如占用的内存空间、cpu资源、打开的文件等)，但是会保留一部分子进程的关键状态信息，比如进程号the process ID，退出状态the termination status of the process，运行时间the amount of CPU time taken by the process等，此时子进程就相当于死了但是没死干净，因而得名"僵尸进程"，其实僵尸进程是linux操作系统出于好心，为父进程准备的一些子进程的状态数据，专门供父进程查阅，也就是说"僵尸进程"是linux系统的一种数据结构，所有的子进程结束后都会进入僵尸进程的状态

# 2、那么问题来了，僵尸进程残存的那些数据不需要回收吗？？？
当然需要回收了，但是僵尸进程毕竟是linux系统出于好心，为父进程准备的数据，至于回收操作，应该是父进程觉得自己无需查看僵尸进程的数据了，父进程觉得留着僵尸进程的数据也没啥用了，然后由父进程发起一个系统调用wait / waitpid来通知linux操作系统说：哥们，谢谢你为我保存着这些僵尸的子进程状态，我现在用不上他了，你可以把他们回收掉了。然后操作系统再清理掉僵尸进程的残余状态，你看，两者配合的非常默契，但是，怕就怕在。。。


# 3、分三种情况讨论
1、linux系统自带的一些优秀的开源软件，这些软件在开启子进程时，父进程内部都会及时调用wait/waitpid来通知操作系统回收僵尸进程，所以，我们通常看不到优秀的开源软件堆积僵尸进程，因为很及时就回收了，与linux系统配合的很默契

2、一些水平良好的程序员开发的应用程序，这些程序员技术功底深厚，知道父进程要对子进程负责，会在父进程内考虑调用wait/waitpid来通知操作系统回收僵尸进程，但是发起系统调用wait/waitpid的时间可能慢了些，于是我们可以在linux系统中通过命令查看到僵尸进程状态
[root@egon ~]# ps aux | grep [Z]+

3、一些垃圾程序员，技术非常垃圾，只知道开子进程，父进程也不结束，就在那傻不拉几地一直开子进程，也压根不知道啥叫僵尸进程，至于wait/waitpid的系统调用更是没听说过，这个时候，就真的垃圾了，操作系统中会堆积很多僵尸进程，此时我们的计算机会进入一个奇怪的现象，就是内存充足、硬盘充足、cpu空闲，但是，启动新的软件就是无法启动起来，为啥，因为操作系统负责管理进程，每启动一个进程就会分配一个pid号，而pid号是有限的，正常情况下pid也用不完，但怕就怕堆积一堆僵尸进程，他吃不了多少内存，但能吃一堆pid

# 4、如果清理僵尸进程
针对情况3，只有一种解决方案，就是杀死父进程，那么僵尸的子进程会被linux系统中pid为1的顶级进程（init或systemd）接管，顶级进程会定期发起系统调用wait/waitpid来通知操作系统清理僵尸

针对情况2，可以发送信号给父进程，通知它快点发起系统调用wait/waitpid来清理僵尸的儿子
kill -CHLD 父进程PID

# 5、结语
僵尸进程是linux系统出于好心设计的一种数据结构，一个子进程死掉后，相当于操作系统出于好心帮它的爸爸保存它的遗体，之说以会在某种场景下有害，是因为它的爸爸不靠谱，儿子死了，也不及时收尸(发起系统调用让操作系统收尸)

说白了，僵尸进程本身无害，有害的是那些水平不足的程序员，他们总是喜欢写bug，好吧，如果你想看看垃圾程序员是如何写bug来堆积僵尸进程的，你可以看一下这篇博客https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/13567273.html

2、孤儿进程

父进程先死掉，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被进程号为1的顶级进程（init或systemd）所收养，并由顶级进程对它们完成状态收集工作。
进程就好像是一个民政局，专门负责处理孤儿进程的善后工作。每当出现一个孤儿进程的时候，内核就把孤儿进程的父进程设置为顶级进程，而顶级进程会循环地wait()它的已经退出的子进程。这样，当一个孤儿进程凄凉地结束了其生命周期的时候，顶级进程就会代表党和政府出面处理它的一切善后工作。因此孤儿进程并不会有什么危害。

我们来测试一下（创建完子进程后，主进程所在的这个脚本就退出了，当父进程先于子进程结束时，子进程会被顶级进程收养，成为孤儿进程，而非僵尸进程），文件内容

import os
import sys
import time

pid = os.getpid()
ppid = os.getppid()
print 'im father', 'pid', pid, 'ppid', ppid
pid = os.fork()
#执行pid=os.fork()则会生成一个子进程
#返回值pid有两种值：
#    如果返回的pid值为0，表示在子进程当中
#    如果返回的pid值>0，表示在父进程当中
if pid > 0:
    print 'father died..'
    sys.exit(0)

# 保证主线程退出完毕
time.sleep(1)
print 'im child', os.getpid(), os.getppid()

执行文件，输出结果：
im father pid 32515 ppid 32015
father died..
im child 32516 1

看，子进程已经被pid为1的顶级进程接收了，所以僵尸进程在这种情况下是不存在的，存在只有孤儿进程而已，孤儿进程声明周期结束自然会被顶级进程来销毁。