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Linux信号学习三步走及知识脉络

article 2024/9/30 0:03:18

Linux信号学习三步走及知识脉络

在Linux系统中，信号（Signal）是一个非常重要的概念，它作为一种异步通知机制，用于通知进程发生了某些事件。信号的本质是软件层次上对中断机制的一种模拟，是进程间通信机制中唯一的异步通信方式。学习Linux信号，可以通过以下三步走，并打通相关的知识脉络。

一、信号的基本概念与分类

1. 信号的定义

信号，又称为软中断信号，是Linux系统响应某些条件而产生的一个事件。它是操作系统向一个进程或者线程发送的一种异步通知，用于通知该进程或线程某种事件已经发生，需要做出相应的处理。信号本质是一种异步通知机制，用户或操作系统通过发送信号来通知进程某些事情已经发生，进程可以进行后续处理。

2. 信号的产生

信号可以由多种方式产生，包括：

通过终端按键产生信号：例如，在终端上按Ctrl+C键通常产生中断信号（SIGINT），终止进程。
调用系统函数向进程发信号：如kill()函数、raise()函数等。
由软件条件产生信号：例如，使用alarm()函数设置的闹钟超时后会产生SIGALRM信号。
硬件异常产生信号：如除数为0、无效的内存引用等，这些条件通常由硬件检测到，并通知内核，然后内核为发生此错误的进程发送相应的信号。

3. 信号的分类

Linux系统支持多种信号，大致可以分为两大类：非实时信号（也称为不可靠信号）和实时信号（也称为可靠信号）。非实时信号的值范围是1到31，是从UNIX系统中继承下来的；实时信号的值范围是34到64。非实时信号不支持排队，可能会丢失，而实时信号支持排队，可以确保信号按顺序处理。

可以使用kill -l命令查看系统中支持的所有信号及其编号和名称。每种信号都有其特定的含义和默认处理动作，例如，SIGKILL（信号值为9）的默认处理动作是立即终止进程，且不能被捕捉或忽略。

二、信号的处理与捕捉

1. 信号的处理方式

当进程接收到信号时，可以采取以下三种方式之一来处理信号：

忽略信号：大部分信号都可以被忽略，但SIGSTOP和SIGKILL两个信号除外，因为它们是给超级用户提供杀掉或停止任何进程的手段。
执行默认处理动作：系统为每种信号都定义了一个默认的处理动作，如终止进程、生成core dump文件等。
捕捉信号：进程可以注册一个信号处理函数来捕捉特定的信号，并在接收到该信号时执行相应的处理逻辑。

2. 信号的捕捉

在Linux中，可以通过signal()函数或sigaction()函数来设置信号处理函数。signal()函数是UNIX系统的遗留接口，它相对简单但功能有限；而sigaction()函数提供了更丰富的功能，是更推荐使用的接口。

sigaction()函数允许进程为特定的信号指定一个处理函数，并可以修改信号的行为，如阻塞信号、查询信号等。其结构体sigaction包含了信号的处理函数、信号屏蔽字等信息。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void sig_handler(int signum) {
    printf("Caught signal %d\n", signum);
    // 清理资源、关闭文件等操作
    exit(signum);
}

int main() {
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = sig_handler;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags = 0;

    sigaction(SIGINT, &act, NULL);

    while(1) {
        printf("Looping...\n");
        sleep(1);
    }

    return 0;
}