uc_10_信号
1 信号基础
1.1 什么是信号
信号是提供异步事件处理机制的软件中断。
这些异步事件可能来自硬件设备，如用户同时按下了Ctrl和C键；也可能来自系统内核，如试图访问尚未映射的虚拟内存；又或者来自用户进程，如尝试计算 int / 0表达式。
进程之间可以相互发送信号，这使信号成为一种进程间通信(Inter Process Communication, IPC)的基本手段。
信号的异步特性不仅表现为它的产生是异步的，对它的处理同样也是异步的：
程序的设计者不可能也不需要精确地预见什么时候触发什么信号，也同样无法预见该信号究竟在什么时候会被处理。一切都在内核的操控下，异步地运行。
信号是在软件层面对中断机制的一种模拟。
1.2 信号的名称与编号
信号是很短的信息，本质就是一个整数，用以代表不同事件。
signum.h头文件中用一组名字前缀为SIG的宏来标识信号，即为信号的名字。
kill -l 命令可查看所有62个信号
生成转储文件，俗称吐核。
其中前31个信号为不可靠的非实时信号，后31个为可靠的实时信号。
| 编号 | 名称 | 说明 | 默认操作 |
|---|---|---|---|
| 1 | SIGHUP | 进程的控制终端关闭（用户登出） | 终止 |
| 2 | SIGINT | 用户产生中断符（Crtl + C） | 终止 |
| 3 | SIGQUIT | 用户产生退出符（Ctrl + \） | 终止 + 转储 |
| 4 | SIGILL | 进程试图执行非法指令 | 终止 + 转储 |
| 5 | SIGTRAP | 进入断点 | 终止 + 转储 |
| 6 | SIGABRT | abort()函数产生 | 终止 + 转储 |
| 7 | SIGBUS | 硬件或对齐错误 | 终止 + 转储 |
| 8 | SIGFPE | 算术异常（除以0 ...） | 终止 + 转储 |
| 9 | SIGKILL | 不能被捕获或忽略的进程终止信号 | 终止 |
| 10 | SIGUSR1 | 进程自定义的信号 | 终止 |
| 11 | SIGSEGV | 无效内存访问 | 终止 + 转储 |
| 12 | SIGUSR2 | 进程自定义的信号 | 终止 |
| 13 | SIGPIPE | 向读端已关闭的管道写入 | 终止 |
| 14 | SIGALRM | alarm()函数产生/真实定时器到期 | 终止 |
| 15 | SIGTERM | 可以被捕获或忽略的进程终止信号 | 终止 |
| 16 | SIGSTKFLT | 协处理器栈错误 | 终止 |
| 17 | SIGCHLD | 子进程终止 | 忽略 |
| 18 | SIGCONT | 进程由停止状态恢复运行 | 忽略 |
| 19 | SIGSTOP | 不能被捕获或忽略的进程终止信号 | 停止 |
| 20 | SIGTSTP | 用户产生停止符（Ctrl + Z） | 停止 |
| 21 | SIGTTIN | 后台进程读控制终端 | 停止 |
| 22 | SIGTTOU | 后台进程写控制终端 | 停止 |
| 23 | SIGURG | 紧急I/O未处理 | 忽略 |
| 24 | SIGXCPU | 进程资源超限 | 终止 + 转储 |
| 25 | SIGXFSZ | 文件资源超限 | 终止 + 转储 |
| 26 | SIGVTALRM | 虚拟定时器到期 | 终止 |
| 27 | SIGPROF | 实用定时器到期 | 终止 |
| 28 | SIGWINCH | 控制终端窗口大小改变 | 忽略 |
| 29 | SIGIO | 异步I/O事件 | 终止 |
| 30 | SIGPWR | 断电 | 终止 |
| 31 | SIGSYS | 进程试图执行无效系统调用 | 终止 + 转储 |
9和19都是不能被捕获或忽略的进程终止信号。
02是Ctrl+C，终止；
20是Ctrl+Z，停止。
2 信号处理（忽略、默认、捕获）
忽略：什么也不做，SIGKILL(9)和SIGSTOP(19)不能被忽略
默认：在没有人为设置的情况，系统缺省的处理行为
捕获：接收到信号的进程会暂停执行，转而执行一段事先编写好的处理代码，执行完毕后再
从暂停执行的地方继续运行。
信号捕获一旦开启，就由内核形成捕获机制：循环捕获，啥时候来啥时候捕获。
2.1 signal()
#include
typedef void(*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
功能：设置调用进程针对特定信号的处理方式
signum：信号编号
handler：信号的处理方式，可以取以下值
SIG_IGN 忽略
SIG_DFL 默认
信号处理函数指针 捕获 //信号处理函数，由内核负责调用
返回值：成功（一般不关心）返回原信号处理方式，如果之前未处理过则返回NULL
失败返回SIG_ERR ！！！
//signal.c 信号处理:忽略、捕获、恢复默认
#include
#include
#include
//信号处理函数，由内核负责调用！！！
void sigfun(int signum){
printf("%d进程:捕获到%d号信号\n",getpid(),signum);
}
int main(void){
//对2号信号进行忽略处理（此开启了一种机制，这机制是忽略）
if(signal(/*2*/SIGINT,SIG_IGN) == SIG_ERR){ //注意是宏SIG_ERR
perror("signal");
return -1;
}//忽略以下代码，保留for(;;),编译执行，按Ctrl+C发现被忽略
//对2号信号进行捕获处理
if(signal(SIGINT,sigfun) == SIG_ERR){
perror("signal");
return -1;
}//忽略以下代码，保留for(;;),编译执行，按Ctrl+C发现被捕获
//对2号信号进行默认处理
if(signal(SIGINT,SIG_DFL) == SIG_ERR){
perror("signal");
return -1;
}//编译执行，按Ctrl+C,发现恢复为SIGINT
for(;;);
return 0;
} 主控制流程、信号处理流程、内核处理流程：
当有信号到来时，内核会保存当前进程的栈帧，然后再执行信号处理函数。
当信号处理函数结束后，内核会恢复之前保存的进程的栈帧，使之继续运行。
2.2 太平间信号(17)
前述博文中的wait()也好，waitpid()也好，阻塞也好，非阻塞也好，都不如太平间信号收尸来的完美（把收尸的事放到17信号处理函数中）。
如前所述，无论一个进程是正常终止还是异常终止，都会通过系统内核向其父进程发送SIGCHLD(17)信号，对17号信号默认处理方式是：忽略。
父进程完全可以在针对SIGCHLD(17)信号的信号处理函数中，异步地回收子进程的僵尸，简洁高效（子进程死了发送17，父就及时收尸，收尸后不影响父进程干自己的事）：
void sigchld (int signum){
pid_t pid = wait(NULL);
if(pid == -1){
perror("wait");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("%d子进程终止\n,pid);
}上述方式是收到1个17号信号，父进程收1个尸。
这样处理存在一个潜在的风险，就是在sigchld()信号处理函数执行过程中，又有多个子进程终止，由于SIGCHLD(17)信号不可靠，可能会丢失（信号集，信号屏蔽uc_11），形成漏网僵尸，因此有必要在一个信号处理函数调用过程中循环waitpid()，回收尽可能多的僵尸：
5个子进程同时死，发出5个17号信号。第1个17号信号过来，调用信号处理函数，此时丢失3个信号。此时若还是按照1个17号信号，收1个尸的话，会产生3个僵尸进程，ps aux命令查看。
解决方案：在每次调用信号处理函数的时候，不再只收1个子进程尸体，而是循环多次收尸，一次把5个尸体收干净：
for(;;){
pid_t pid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
if(-1 == pid){
if(ECHILD == errno){
printf("%d进程：没有子进程可回收了\n",getpid());
break;
}else{
perror("waitpid");
return;
}
}else if(0 == pid){
printf("%d进程：子进程在运行，没法回收\n",getpid());
break;
}else{
printf("%d进程：回收了%d进程的僵尸\n",getpid(),pid);
}
}//sigchld.c 17号信号/太平间信号
#include
#include
#include
#include
#include
//信号处理函数,负责收尸
void sigchild(int signum){
printf("%d进程:捕获到%d号信号\n",getpid(),signum);
sleep(2);//假装信号处理函数比较耗时
//waitpid()循环收尸,非阻塞方式，最完美
for(;;){
pid_t pid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
if(pid == -1){
if(errno == ECHILD){
printf("%d进程:没有子进程了\n",getpid());
break;
}else{
perror("waitpid");
return;
}
}else if(pid == 0){
printf("%d进程:子进程在运行,收不了\n",getpid());
break; //老六老也不死，退出循环，啥时候死，啥时候内核再调用本函数
}else{
printf("%d进程:回收了%d进程的僵尸\n",getpid(),pid);
}
}
//wait()循环收尸。wait()是阻塞函数，天然缺陷（老六一直不死，父进程不能就干等着吧）
/*for(;;){
pid_t pid = wait(NULL);//NULL,不存子进程终止状态
if(pid == -1){
if(errno == ECHILD){
printf("%d进程:没有子进程了\n",getpid());
break;
}else{
perror("wait");
return;
}
}
printf("%d进程:回收了%d号进程\n",getpid(),pid);
}*/
}
int main(void){
//对17号信号进行捕获处理，把收尸的事放在信号处理函数这里处理，完美
if(signal(SIGCHLD,sigchild)==SIG_ERR){
perror("signal");
return -1;
}
//创建多个子进程
for(int i = 0;i < 5;i++){
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork");
return -1;
}
if(pid == 0){
printf("%d进程:我是子进程\n",getpid());
//sleep(i + 1); //一个一个死，17号信号一个一个来，都收到
sleep(1); //同时来5个不可靠的17号信号，只收到2个，其余丢弃(信号屏蔽uc_11)
//所以顶部代码中，每次17->调用信号处理函数，就循环多次收尸。
return 0;//!!!!!!! 子进程代码勿忘return 0;
}
}
//创建老六
pid_t oldsix = fork();
if(oldsix == -1){
perror("oldsix");
return -1;
}
if(oldsix == 0){
printf("%d进程:我是老六,就不结束\n",getpid());
sleep(15);
return 0;
}
//父进程该干啥就干啥
for(;;);
return 0;
}
//编译执行 编译执行，结果如下，好好理解下~
综上，上述最完美代码解决了以下痛点：
为了避免子进程同时死，同时发送多个17，信号丢失，处理方式是每次收到17号信号，调用信号处理函数时都循环多次收尸；
为了避免子进程老也不死，不建议父进程wait()阻塞干等着，而是用waitpid()，不耽误父进程干别的事。
2.3 信号发送
信号发送，共3种方式：kill命令、kill()、raise()。
2.3.1 kill命令
kill [-信号] PID //在终端手动敲kill命令
若不指明具体信号，缺省发送SIGTERM(15)信号（可被捕获或忽略的进程终止信号）。
若要指明具体信号，可用信号编号，也可用信号名称，且前缀SIG可省略不写。如：
kill -9 1234 //终止，终止1个进程
kill -SIGKILL 1234 5678 //终止，终止多个进程
kill -KILL -1 //终止，终止所有进程
root用户可以发给任何进程，普通用户只能发给自己的进程。
2.3.2 kill()
#include
int kill(pid_t pid, int signum);
功能：向指定的进程发送信号 //注意，进程死后，进程仍存在，是僵尸进程，需收尸
pid：可以取以下值
-1：向系统中的所有进程发送信号
>0：向特定进程(由PID标识)发送信号
signum：信号编号，取0可用于检查pid进程是否存在，
如不存在，kill()返回-1，且errno为ESRCH
返回值：成功（至少发出去一个信号）返回0，失败返回-1
//kill.c kill()函数演示
#include
#include
#include
#include
#include
int main(void){
//父进程创建子进程
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork");
return -1;
}
//子进程执行
if(pid == 0){
printf("%d进程:我是子进程\n",getpid());
for(;;);
return 0;
}
//父进程给子进程发送信号
getchar();
if(kill(pid,SIGINT) == -1){
perror("kill");
return -1;
}
getchar();
if(kill(pid,0) == -1){
printf("子进程不存在\n");
}else{
printf("子进程存在\n"); //子进程通过kill死了，子进程仍存在，是尸体，需收尸
}
if(wait(NULL) == -1){
perror("wait");
return -1;
}
getchar();
if(kill(pid,0) == -1){
printf("子进程不存在\n");
}else{
printf("子进程存在\n");
}
return 0;
} 2.3.3 raise()
#include
int raise (int signum);
功能：向调用进程自己发送信号
signum：信号编号
返回值：成功返回0，失败返回非0
本函数等效于：
kill (getpid(), signum);
3 信号处理的继承和恢复.
fork()函数创建的子进程会继承父进程的信号处理方式：
父进程中被忽略的信号，在子进程中依然被忽略。
父进程中被捕获的信号，在子进程中依然被捕获。
exec家族函数创建的新进程对信号的处理方式和原进程稍有不同：
原进程中被忽略的信号，在新进程中依然被忽略。
原进程中被捕获的信号，在新进程中被默认处理。
代码验证：编写代码，父子进程都无限循环，父进程忽略2号，捕获3号，编译执行。
另起终端窗口，kill -2 25543命令，ps aux查看。
验证结束，kill -9 25543杀死。
