【Linux-进程信号】信号入门介绍

信号入门

1.生活中的信号

• 你在网上买了很多件商品，在等待不同商品快递的到来。但即便快递没有到来，你也知道快递来临时，你该怎么处理快递，也就是你能 “识别快递”

• 当快递员到了你楼下，你也收到快递到来的通知，但是此时你正在打游戏，需 5min 之后才能去取快递。那么在在这 5min 之内，你并没有下去去取快递，但是你是知道有快递到来了。也就是取快递的行为并不是一定要立即执行，可以理解成 “在合适的时候去取”

• 在收到通知，再到你拿到快递期间，是有一个时间窗口的，在这段时间内，你并没有拿到快递，但是你知道有一个快递已经来了。本质上是你 “记住了有一个快递要去取”。

• 当你时间合适，顺利拿到快递之后，就要开始处理快递了。而处理快递一般方式有三种：1、执行默认动作（幸福的打开快递，使用商品）；2、 执行自定义动作（快递是零食，你要送给你你的女朋友）；3. 忽略快递（快递拿上来之后，扔掉床头，继续开一把游戏）。

• 快递到来的整个过程对你来讲是异步的，你不能准确断定快递员什么时候给你打电话。

生活中存在大量的信号，如下课铃、红绿灯、发令枪、闹钟、外卖电话…、

a.我们是怎么认识这些信号的呢？有人教我们认识这些信号，并且告诉我们处理这些信号的方法；

b. 即使是我们现在没有信号产生，我也知道信号产生之后，我应该干什么；

c. 信号产生了，我们可能并不立即处理这个信号，在合适的时候，因为我们可能正在做更重要的事情。

那么同样，在Linux系统中的进程也需要具备如下能力：

1. 进程必须能够识别+处理信号

2. 进程即使没有收到信号，也要知道哪些信号该怎么处理

3. 进程真的收到了一个具体的信号的时候，进程可能不会立即处理这个信号，而是在合适的时候；

4. 在进程收到信号，到信号开始被处理，一定会存在一个窗口期，进程具有临时保存哪些信号已经发生了的能力

进程处理信号的方式有三种：1️⃣ 默认动作；2️⃣ 自定义动作；3️⃣ 忽略；

2.技术应用角度的信号

（1）用户输入命令，在 Shell 下启动一个前台进程。

用户按下 Ctrl+C，这个键盘输入产生一个硬件中断，被 OS 获取，解释成信号，发送给目标前台进程。前台进程因为收到信号，进而引起进程退出。

将生活例子和 Ctrl+C 信号处理过程相结合，解释一下信号处理过程：进程就是你，操作系统就是快递员，信号就是快递。

注意

1. Ctrl+C 产生的信号只能发给前台进程。一个命令后面加个 & 可以放到后台运行，这样 Shell 不必等待进程，结束就可以接受新的命令，启动新的进程。

2. Shell 可以同时运行一个前台进程和任意多个后台进程，只有前台进程才能接到像 Ctrl+C 这种控制键产生的信号。

3. 前台进程在运行过程中用户随时可能按下 Ctrl+C 而产生一个信号，也就是说该进程的用户空间代码执行到任何地方都有可能收到 SIGINT 信号而终止，所以信号相对于进程的控制流程来说是异步（Asynchronous）的。

3.信号的基本概念

信号（Signal）是操作系统用来通知进程某些事件发生的机制，属于异步通信的一种方式。信号机制最初是在UNIX系统中引入的，并广泛用于现代类UNIX操作系统（如Linux）。当某个进程或系统事件触发信号时，信号会传递给目标进程，目标进程可以根据接收到的信号作出相应处理。信号常用于异常处理、进程控制、进程间通信等场景

信号的特点

1.异步性：信号的发送和接收是异步的。进程可以在任何时刻收到信号，不需要主动检查某种状态。

2.软中断：信号类似于软中断，系统或进程可以通过信号来通知其他进程某个事件的发生，进程可以对信号作出响应。

3.轻量级：与进程间通信（如管道、消息队列、共享内存）相比，信号是一种轻量级的通信机制。

信号的分类

1.标准信号：这是系统预定义的一组信号，通常表示特定的系统事件或异常情况；也就是1-31号信号

我们可以通过 kill -l 查看所有信号

其中每个信号都有一个编号和一个宏定义名称,这些宏定义可以在 signal.h 中找到，例如其中有定义 #define SIGINT 2

2.实时信号：除了标准信号外，Linux还支持实时信号（Real-time Signals）编号34以上的信号，用于更细粒度的进程通信和控制。实时信号具有更高的优先级，可以携带更多的信息，并且其顺序在内核中得到保证。

我们不讨论实时信号，这些信号各自在什么条件下产生，默认的处理动作是什么，在signal(7)中都有详细说明：man 7 signal

4.信号处理常见方式概览

sigaction 函数后面会详细介绍），可选的处理动作有以下四种:

1. 默认处理（SIG_DFL）：操作系统对每个信号都有默认处理方式。例如接收到SIGKILL时，进程会立即终止。

2. 自定义处理：进程可以通过设置信号处理函数，改变系统默认的处理方式。例如接收到SIGINT时，程序可以捕获信号并进行清理操作后再退出。

3. 忽略信号（SIG_IGN）：

   • 可以将信号设置为忽略，这样当信号到达时，进程不会采取任何操作。

   • 例如，将SIGINT（中断）设置为忽略可以阻止Ctrl + C中断程序。

4. 阻塞信号：进程可以选择阻塞某些信号，阻塞期间不会处理这些信号，直到解除阻塞。

5.信号的发送与保存

信号的发送（Signal Delivery）

1. 产生信号：信号可以由多种方式产生，包括用户输入（如ctrl + c）、系统事件（如硬件故障）或程序内部（如程序运行出错）。

2. 发送信号：信号发送者（通常是另一个进程或内核）将信号发送给信号接收者（目标进程）。

3. 信号处理：目标进程接收到信号后，可以执行信号处理程序。这通常是通过调用信号处理函数（signal handler）来实现的。

4. 信号阻塞：在信号发送和处理过程中，进程可能会阻塞某些信号，这可以防止信号在特定时刻被处理。

信号的保存（Signal Preservation）

1. 信号掩码：信号掩码是一个位掩码，用于控制信号的阻塞。它包含了一个或多个信号的掩码位，当这些位被设置时，对应的信号将被阻塞。

2. 信号处理程序：信号处理程序是在信号发送时调用的函数，用于处理信号。在信号发送之前，当前信号处理程序的状态会被保存，以便信号处理程序执行完毕后能够恢复。

3. 信号集：信号集是一个结构，用于保存当前阻塞的信号集合。当信号发送时，如果信号在信号集中，则信号将被阻塞，直到信号集被更新。

4. 信号屏蔽字：信号屏蔽字是一个整数，用于保存当前阻塞的信号集合。当信号发送时，如果信号在屏蔽字中，则信号将被阻塞。

5. 信号状态：信号状态包括信号掩码、信号集和信号屏蔽字。这些状态在信号发送和处理过程中被保存和恢复。

1-31信号的作用

有少部分编号不一定与man 7 signal 顺序一致，因为系统版本问题，我们知道每个信号有什么用题即可，信号编号可查