Linux - 信号

一、信号的定义

信号在Linux中是一种软件中断，它提供了一种处理异步事件的方法。当某个事件发生时，操作系统会向目标进程发送一个信号。进程可以识别这个信号，并根据预设的处理方式做出相应的反应。

运行下面程序

int main()
{
    while(1);
    return 0;
}

观察上面，通过ctrl + c 就能结束进程，其实ctrl + c 就是一个信号，ctrl + c被操作系统解释然后向进程发送终止信号。

二、查看信号

1、通过 kill -l 指令可以查看信。

可靠信号：

1. 又称之为RT信号或实时信号。 信号值位于SIGRTMIN（实时信号最小值）及SIGRTMAX（实时信号最大值）之间。
2. 支持排队机制，确保多个信号能够被接收和处理，不会丢失。

非可靠信号：

1. 信号值小于SIGRTMIN。
2. 不支持排队机制，若一次性来了多个信号，这些信号不会排队，只会保留一个，后续的信号可能会被丢弃。

下面主要讨论的是1-31号信号

2、man 7 signal指令可以查看详细的信号信息。

Term和Core的区别

一、Core（核心转储）

1. 定义：当进程接收到某些信号（如SIGSEGV、SIGABRT等）时，如果操作系统配置了核心转储（CoreDump），那么进程当前的内存映像（包括代码、数据、堆栈等）会被写入到一个名为“core”的文件中。这个文件通常位于进程的当前工作目录下，文件名可能会附加进程的PID（进程标识符）以区分不同的核心转储文件。
2. 目的：核心转储的主要目的是为了调试。当进程异常终止时，开发者可以通过分析核心转储文件来了解进程在终止时的状态，包括内存中的数据、堆栈信息等。这有助于定位问题的根源，并采取相应的修复措施。
3. 触发条件：通常，只有当进程接收到某些特定的、与内存访问错误或程序异常终止相关的信号时，才会触发核心转储。这些信号的具体种类可能因系统而异，但通常包括SIGSEGV（段错误）、SIGABRT（异常终止）等。

通过ulimit命令查看操作系统是否开启Core

修改Core

ulimit -c 文件大小

产生core文件的条件
操作系统开启Core && 退出信号为Core。

怎么查看退出信号是否为Core

开启Core后再执行下面程序后就会产生core文件

int test()
{
    int a = 10;
    //整数除零 -- 出异常 -- 信号：8
    int b = a / 0;
}

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        test();
    }
    else
    {
        int status = 0;
        waitpid(id,&status,0);
        //打印第8位
        std::cout<<((status>>7)&0x1)<<std::endl;
    }

    return 0;
}

二、Term（终止进程）

1. 定义：当进程接收到某些信号（如SIGTERM、SIGINT等）时，操作系统会立即终止该进程的执行。这意味着进程的所有线程都将被停止，进程所占用的资源（如内存、文件描述符等）将被释放。
2. 目的：终止进程的目的是为了释放系统资源，并确保系统的稳定性和安全性。当进程不再需要运行或其行为可能对系统造成危害时，操作系统会发送终止信号来停止该进程。
3. 触发条件：触发终止信号的条件可能因信号而异。例如，SIGTERM信号通常用于请求进程正常退出，而SIGINT信号则通常用于中断当前正在运行的进程（如用户按下Ctrl+C时）。其他信号（如SIGKILL）则具有更高的优先级，可以立即终止进程而不给进程留下任何清理资源的机会。

三、产生信号

1、指令

kill -[信号]  [进程id]

如向进程 6666发送9号信号

kill -9 6666

2、系统调用

（1）kill函数
功能

先指定进程发送信号。

头文件

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

函数原型

int kill(pid_t pid, int sig);

参数

pid参数表示要终止的进程或线程的ID。
sig参数表示要发送的信号。

返回值

成功：返回0。
失败：返回-1。

（2） raise函数
功能

用于向当前进程发送一个指定的信号。

头文件

#include <signal.h>

函数原型

int raise(int signo);

参数

signo：要发送的信号编号。

返回值

成功：返回0。
失败：返回-1。

（3） abort函数
功能

用于异常终止当前程序的执行。当调用 abort函数时，程序会立即停止运行，并且会进行一系列的清理操作，包括刷新输出缓冲区（如果它们未被禁用）和生成一个核心转储文件（如果系统配置允许）。核心转储文件是一个包含程序终止时内存内容的文件，通常用于调试目的。

头文件

#include <stdlib.h>

函数原型

void abort(void);

3、由软件条件产生信号

当软件条件满足时，进程可以主动发送信号给自身或其他进程，以通知它们某些事件的发生或请求执行特定的操作。
alarm函数
功能

用于设置一个定时器，当定时器到期时，会向调用进程发送一个 SIGALRM 信号。这个函数通常用于实现简单的定时功能。

头文件

#include <unistd.h>

函数原型

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

参数

seconds：定时器的时间长度，以秒为单位。如果 seconds 是0，那么任何当前已经设置的定时器都会被取消。

返回值

如果之前没有设置定时器，alarm 返回0。
如果之前已经设置了定时器，alarm 返回之前定时器剩余的时间（以秒为单位），即距离定时器到期还剩下的时间。

4、异常

如除0错误就会发送8号错误，使用野指针。

5、键盘输入

如ctrl + c 产生2号信号，ctrl + \ 产生3号信号。

四、保存信号

1、补充：信号其他相关概念

1. 实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery) 信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。
2. 进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。 被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作.
3. 注意,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。

2、信号保存在哪，怎么保存？

保存task_struct结构体中，通过位图或者数组保存。

1. 每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。
2. 当接受到信号时会在合适时执行对应的函数。

3、信号集操作函数

（1）sigset_t

从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。下一节将详细介绍信号集的各种操作。阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。

（2）处理sigset_t相关函数
头文件

#include <signal.h>

函数原型与功能

// 初始化信号集，使其不包含任何信号。
int sigemptyset(sigset_t *set);

//初始化信号集，使其包含所有可能的信号。
int sigfillset(sigset_t *set);

// 向信号集中添加指定的信号。
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

//从信号集中删除指定的信号。
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

//检查指定的信号是否属于信号集。
int sigismember(const sigset_t *set, int signum); 

参数

set：设置的信号集。
signum : 设置信号集的位置。

返回值

这四个函数都是成功返回0,出错返回-1。

（3）sigprocmask函数
功能

改变进程的当前阻塞信号集，或者检测当前进程的信号掩码的函数。

头文件

#include <signal.h>

函数原型

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

参数

1. how：指示如何修改当前信号屏蔽字。它可以是以下三个值之一： SIG_BLOCK：将 set 中指定的信号添加到当前进程的信号掩码中，即阻塞这些信号。 SIG_UNBLOCK：将 set 中指定的信号从当前进程的信号掩码中移除，即解除对这些信号的阻塞。 SIG_SETMASK：将当前进程的信号掩码设置为 set 中指定的信号掩码，即阻塞 set 中的信号，解除对其他信号的阻塞。
2. set：指向一个信号集的指针，用于指定要阻塞或解除阻塞的信号。这个参数可以是 NULL，在这种情况下，how 参数的行为取决于是否要获取当前的信号屏蔽字（通过 oldset 参数）（输入型参数）。
3. oldset：指向一个信号集的指针，用于保存之前的信号掩码。如果 oldset 不是 NULL 指针，那么当前的信号屏蔽字会由此指针返回。如果 oldset 是 NULL，则不保存旧的信号屏蔽字（输出型参数）。

返回值

1. 如果 sigprocmask 执行成功，则返回 0。
2. 如果执行失败，则返回 -1，并设置 errno 以指示错误。

使用
将2号信号阻塞。

int main()
{
    //信号集
    sigset_t set, oldset;

    // 初始化
    sigemptyset(&set);
    sigaddset(&set, 2);

    // 设置阻塞
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oldset);

    //循环，让程序不要结束
    while (1);
    return 0;
}

现象：ctrl + c 不能终止进程了，说明2号信号被阻塞了。

（4）sigpending函数
功能

于获取当前阻塞信号集。

头文件

#include <signal.h>

函数原型

int sigpending(sigset_t *set);

参数

set：这是一个指向 sigset_t 类型的指针，用于存储当前被阻塞的信号集。sigset_t 是一个数据类型，用于表示信号集（输出型参数）。

返回值

成功时，sigpending 返回 0。
失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误原因。

五、捕获信号

1、概念

进程捕获信号的过程，即进程在接收到信号后，根据信号的编号和预设的处理函数进行相应的处理。

2、捕获信号的时机

进程在接收到信号后，并不是立即处理信号，而是在合适的时候进行处理。这个合适的时候通常指的是进程从内核态切换回用户态过程中。当进程处于内核态时，它无法直接处理用户空间的信号。因此，当进程从内核态返回用户态时，操作系统会检查进程是否有未处理的信号，如果有，则根据信号的编号和预设的处理函数进行相应的处理。

3、捕获信号后的三种处理方式

（1）默认处理

使用内置的处理函数。

（2）自定义和忽略

自定义：用户自定义。
忽略：递达后不做处理。

signal函数
功能

头文件

#include <signal.h>

函数原型

typedef void (*sighandler_t)(int);	//int 参数 为触发信号的编号
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

参数

1. signum：指定要处理的信号编号。例如，SIGINT（中断信号，通常由 Ctrl+C 产生）、SIGTERM（终止信号）等。
2. handler：指定信号处理程序，它是一个返回类型为 void 并接受一个 int 参数的函数指针。如果传递 SIG_IGN，则忽略该信号；如果传递 SIG_DFL，则使用默认的信号处理行为。

返回值

signal 函数返回之前设置的信号处理程序（如果有的话），如果出现错误则返回 SIG_ERR。

使用

void sigcb(int signum)
{
    std::cout << "signum : " << signum << std::endl;
}

int main()
{
    //改变信号 2 - ctrl + c
    signal(2,sigcb);

    //signal(2,SIG_IGN);  //忽略信号
   // signal(2,SIG_DFL);//使用默认处理方法 ：注意：不调用函数也是使用默认的方法
    
    //别让程序结束
    while(1);

    return 0;
}

现象：
当传递2号信号时不再终止程序，而是执行我们传入的函数。

本质：通过signal函数修改handler数组的函数指针。

sigaction函数
功能

sigaction 函数是 POSIX 标准中用于设置信号处理程序的函数，它提供了比 signal 函数更强大和灵活的功能。sigaction 允许你详细指定信号处理的各个方面，包括信号处理程序、信号屏蔽集和标志。

头文件

#include <signal.h>

函数原型

struct sigaction {
    void (*sa_handler)(int);      // 或者使用 sa_sigaction
    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    sigset_t sa_mask;             // 调用处理程序时要阻塞的信号集
    int sa_flags;                 // 标志位，控制行为的选项
    void (*sa_restorer)(void);    // 已废弃，不应使用
};
/*
sa_handler 或 sa_sigaction：指定信号处理程序。sa_handler 是一个简单的函数指针，而 sa_sigaction 提供了一个更复杂的接口，允许访问更多关于信号的信息。
sa_mask：在调用信号处理程序时，要阻塞的信号集。这可以防止在信号处理程序运行时接收到其他信号。
sa_flags：标志位，用于控制 sigaction 的行为。常用的标志包括 SA_RESTART（如果信号处理程序被中断的系统调用应该自动重启）、SA_SIGINFO（使用 sa_sigaction 而不是 sa_handler）等。
sa_restorer：这是一个已废弃的字段，不应在新代码中使用。
*/
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

参数

1. signum：指定要处理的信号编号。
2. act：指向一个 struct sigaction 结构的指针，该结构包含了新的信号处理程序的设置。
3. oldact：如果 oldact 不为 NULL，则 sigaction 函数会将之前的信号处理设置存储在这个指向 struct
   sigaction 结构的指针中。

返回值

如果 sigaction 成功，则返回 0。
如果失败，则返回 -1，并设置 errno 以指示错误。

使用

void sigcb(int signum)
{
    std::cout << "signum : " << signum << std::endl;
}

int main()
{
    struct sigaction act,oldact;

    //初始化
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_handler = sigcb;

    //act - 输入型参数  oldact - 输出型参数
    sigaction(2, &act, &oldact);

    while(1);

    return 0;
}

4、对于自定义动作的捕获信号过程