Linux信号入门详解

一、什么是信号？

以下是维基百科对信号的定义：

在计算机科学中，信号（英语：Signals）是Unix、类Unix以及其他POSIX兼容的操作系统中进程间通讯的一种有限制的方式。它是一种异步的通知机制，用来提醒进程一个事件已经发生。当一个信号发送给一个进程，操作系统中断了进程正常的控制流程，此时，任何非原子操作都将被中断。如果进程定义了信号的处理函数，那么它将被执行，否则就执行默认的处理函数。

简单的理解信号就是一种Linux环境下进程通讯的一种机制。

 

二、信号从哪来？

一般情况下，信号的来源可分为以下三种：

1. 硬件方式：除数为零、无效的存储访问等硬件异常产生信号。这些事件通常由硬件(如:CPU)检测到，并将其通知给Linux操作系统内核，然后内核生成相应的信号，并把信号发送给该事件发生时正在进行的程序。
2. 软件方式：用户在终端下调用kill命令向进程发送任务信号、进程调用kill或sigqueue函数发送信号、当检测到某种软件条件已经具备时发出信号，如由alarm或settimer设置的定时器超时时将生成SIGALRM信号等多种情景均可产生信号。
3. 键盘输入：当用户在终端上按下某键时，将产生信号。如按下组合键Ctrl+C将产生一个SIGINT信号，Ctrl+\产生一个SIGQUIT信号等。

 

二、信号都有哪些种类？

 

在Shell下输入kill –l 可显示Linux 系统支持的全部信号，如下表所示：

可以看到Linux中系统一共支持64种信号，其中1到31号信号为普通信号（也程为不可靠信号），34到64为实时信号（可靠信号）。

• 可靠信号与不可靠信号的区别：
  • 这里的不可靠主要是不支持信号队列，就是当多个信号发生在进程中的时候（收到信号的速度超过进程处理的速度的时候），这些没来的及处理的信号就会被丢掉，仅仅留下一个信号。
  • 可靠信号是多个信号发送到进程的时候（收到信号的速度超过进程处理信号的速度的时候），这些没来的及处理的信号就会排入进程的队列。等进程有机会来处理的时候，依次再处理，信号不丢失。

我们平时可以接触的是普通信号，其各个信号的含义如下：

1.  SIGHUP ：当用户退出Shell时，由该Shell启的发所有进程都退接收到这个信号，默认动作为终止进程。
2.  SIGINT ：用户按下组合键时，用户端时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此信号。默认动作为终止进程并产生core文件。
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。默认动作为终止进程并产生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，包括内存地址对齐（alignment）出错，默认动作为终止进程并产生core文件。
8. SIGFPE：在发生致命的算术错误时产生。不仅包括浮点运行错误，还包括溢出及除数为0等所有的算术错误。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一种可以杀死任何进程的方法。
10. SIGUSR1：用户定义的信号，即程序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的内存访问。默认动作为终止进程并使用该信号。默认动作为终止进程。
12. SIGUSR2：这是另外一个用户定义信号，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(terminate)信号，与SIGKILL不同的是，该信号可以被阻塞和处理。通常用来要求程序正常退出。执行Shell命令kill时，缺少产生这个信号。默认动作为终止进程。
16.  SIGCHLD ：子程序结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略该信号。
17. SIGCONT：让一个暂停的进程继续执行。
18. SIGSTOP：停止(stopped)进程的执行。注意它和SIGTERM以及SIGINT的区别：该进程还未结束，只是暂停执行。本信号不能被忽略、处理和阻塞。默认作为暂停进程。
19. SIGTSTP：停止进程的动作，但该信号可以被处理和忽略。按下组合键时发出该信号。默认动作为暂停进程。
20. SIGTTIN：当后台进程要从用户终端读数据时，该终端中的所有进程会收到SIGTTIN信号。默认动作为暂停进程。
21. SIGTTOU：该信号类似于SIGTIN，在后台进程要向终端输出数据时产生。默认动作为暂停进程。
22.  SIGURG ：套接字（socket）上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出此信号，报告有紧急数据到达。默认动作为忽略该信号。
23. 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。
24. SIGXFSZ：超过文件最大长度的限制。默认动作为yl终止进程并产生core文件。
25. SIGVTALRM：虚拟时钟超时时产生该信号。类似于SIGALRM，但是它只计算该进程占有用的CPU时间。默认动作为终止进程。
26. SIGPROF：类似于SIGVTALRM，它不仅包括该进程占用的CPU时间还抱括执行系统调用的时间。默认动作为终止进程。
27. SIGWINCH：窗口大小改变时发出。默认动作为忽略该信号。
28. SIGIO：此信号向进程指示发出一个异步IO事件。默认动作为忽略。
29. SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。

上面标注出来的信号是我们在学习过程中重点关注的信号，在Linux后期的学习中这些信号的身影将经常出现。

 

三、信号的优先级

信号实质上是软中断，中断有优先级，信号也有优先级。如果一个进程有多个未决信号，则对于同一个未决的实时信号，内核将按照发送的顺序来递送信号。如果存在多个未决信号，则值（或者说编号）越小的越先被递送。如果即存在不可靠信号，又存在可靠信号（实时信号），虽然POSIX对这一情况没有明确规定，但Linux系统和大多数遵循POSIX标准的操作系统一样，将优先递送不可靠信号。

 

四、信号的响应方式有哪些？

当信号发生时，用户可以要求进程以下列3种方式之一对信号做出响应。

1、  捕捉信号：对于要捕捉的信号，可以为其指定信号处理函数，信号发生时该函数自动被调用，在该函数内部实现对该信号的处理。（ps：更多捕捉信号的细节请看另一篇文章：Linux信号捕捉及其处理）

2、  忽略信号：宏定义为SIG_IGN大多数信号都可使用这种方式进行处理，但是SIGKILL和SIGSTOP这两个信号不能被忽略，同时这两个信号也不能被捕获和阻塞。此外，如果忽略某某些由硬件异常产生的信号(如非法存储访问或除以0)，则进程的行为是不可预测的。

3、  按照系统默认方式处理，宏定义为SIG_DFL。大部分信号的默认操作是终止进程，且所有的实时信号的默认动作都是终止进程。

 

五、各种信号的默认处理情况

程序不可捕获、阻塞或忽略的信号有：SIGKILL,SIGSTOP

不能恢复至默认动作的信号有：SIGILL,SIGTRAP

默认会导致进程流产的信号有：SIGABRT、SIGBUS、SIGFPE、SIGILL、SIGIOT、SIGQUIT、SIGSEGV、SIGTRAP、SIGXCPU、SIGXFSZ

默认会导致进程退出的信号有：SIGALRM、SIGHUP、SIGINT、SIGKILL、SIGPIPE、SIGPOLL、SIGPROF、SIGSYS、SIGTERM、SIGUSR1、SIGUSR2、SIGVTALRM

默认会导致进程停止的信号有：SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN、SIGTTOU

默认进程忽略的信号有：SIGCHLD、SIGPWR、SIGURG、SIGWINCH

至此，Linux信号入门的相关知识已经介绍完了，Linux的处理机制和底层细节请看关于信号的其他文章。