Linux的信号管理 [补档-2023-07-30]

信号

11-1简介：

​ 信号只是表示某个信号，不可以携带大量信息，信号需要满足特点的条件才会产生。是一种特别的通信手 段。

11-2 信号机制：

​ 假设有两个进程A,B，现在进程A给进程B发送信号，进程B在收到信号之前会执行自己的代码，当收到 信号后，无论执行到了哪里，都要暂停执行然后去处理信号。当处理完信号后再接着执行。类似于硬件中的中 断。但信号是在软件层面上实现的中断，常备称为软中断。

​ 每个进程所收到的信号都是由内核负责发送的，也就是说进程A会将信号发给内核，然后内核再将信号转 发给进程B。由此可以得出信号的实现具有一定的延时性。

​ 在pcb进程控制块中，结构体task struct中也包含了信号的相关信息。

11-3 信号的状态：

​ 分为三种状态：产生，未决和递达。

​ 产生：

​ 按键产生：ctrl+c ，ctrl+z ，ctrl+\

​ 系统调用产生：kill，raise，about

​ 软件条件产生：定时器alarm

​ 硬件异常产生：段错误，内存对齐出错，除0.

​ 未决：介于产生和递达之间，未决状态下的信号在等待处理，至于为什么等待可能是被阻塞了。

​ 递达：信号已经被送到目标进程，并且等待处理。

11-4 阻塞信号集和未决信号集

​ 阻塞信号集：里面保存的是当前进程被阻塞的信号，当进程收到了阻塞信号集中的信号，则可以先放一放 这些信号，不予处理，先去干别的。

​ 未决信号集：当信号产生后由于某些原因可能没有被处理，则这些信号会被存储在这里。

​ 关系：当一个信号被产生时，他首先会进入未决信号集，然后根据进程当前的信号阻塞状态来决定是否进 入递达状态。如果阻塞信号集在有相应的信号被阻塞，则该信号会一直保持在未决状态，直到接触阻塞。有相 应的函数可以选择性地阻塞和屏蔽信号。

11-5 信号的四要素：

​ 1.信号的编号：可以通过kill -l命令来查看当前系统有哪些信号。1到31号的信号为常规信号，34到36 为实时信号。

​ 2.信号的名称：例如SIGINT表示中断信号。

​ 3.产生信号的事件：例如用户按下crlt+z会终止程序。

​ 4.信号的默认处理动作：例如crlt+z产生的信号它的处理动作是终止程序的执行。

​ 以下是常见的信号，前面的数字是信号的编号，后面的大写字母是信号名称。

​ 1 SIGHUP（挂起）：终端连接断开。

​ 2 SIGINT（中断）：用户按下Ctrl+C键。

​ 3 SIGQUIT（退出）：用户按下Ctrl+\键。

​ 4 SIGILL（非法指令）：进程执行了非法的CPU指令。

​ 6 SIGABRT（中止）：进程发生异常终止。

​ 8 SIGFPE（浮点异常）：发生浮点运算错误。

​ 9 SIGKILL（强制终止）：无条件终止进程。

​ 11 SIGSEGV（段错误）：进程访问了未分配给它的内存段。

​ 13 SIGPIPE（管道破裂）：写入已关闭的管道或读取没有打开的管道。

​ 14 SIGALRM（闹钟超时）：计时器到达指定时间。

​ 15 SIGTERM（终止）：请求进程正常终止。

​ 30 SIGUSR1（用户自定义信号1）：用户定义的信号1。

​ 31 SIGUSR2（用户自定义信号2）：用户定义的信号2。

11-6 信号相关函数：

11-6-1 signal函数：

​ 头文件：#include <signal.h>

​ 函数原型：

​ typedef void (*sighandler_t)(int);

​ sighandler_t signal(int signum , sighander_t handler);

​ 解析：使用typedef重新定义了一个函数指针类型sighandler_t，并且指向接受一个int类型参数并返 回void的函数的指针类型。

​ 函数作用：注册信号捕捉函数。

​ 函数参数：

​ signum：信号编号。（填写信号的名称）

​ handler：信号处理函数。

​ 函数返回值：成功则返回一个指向之前信号处理函数的指针。失败则返回SIG_ERR。

11-6-2 kill函数/命令：

​ 函数/命令的功能：给指定的进程发生指定的信号。

​ kill命令：

​ kill [options] <pid>

​ options：

​ -l 列出所有可用的信号名称。

​ -s <信号名称> 指定要发送的信号。

​ -<信号名称> 同上。

​ -p 不发送信号，仅打印与指定进程匹配的进程ID。

​ -a 打印进程的详细信息。

​ pid：进程的pid。

​ kill函数：

​ 头文件：#include <signal.h>

​ 函数原型：int kill(pid_t pid , int sig);

​ 函数参数：

​ pid：

​ pid大于0：发送信号给指定的进程。

​ pid等于0：发送信号给与调用kill函数属于同一进程组的所有进程。

​ pid小于-1：取pid的绝对值，然后给对应的进程发信号。

​ pid等于-1：向当前会话中的所有进程发送信号。

​ sig信号参数：填入要使用的信号名称。

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回-1.

​ 进程组：一组有关联的进程的集合。

11-7 raise函数和abort函数：

11-7-1 raise函数：

​ 头文件：#include <signal.h>

​ 函数原型：int raise(int sig);

​ 函数功能：给自己发信号。

​ 函数参数：信号的名称。

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回非0值。

11-7-2 abort函数：

​ 头文件：#include <signal.h>

​ 函数原型：void abort(void);

​ 函数功能：给自己发送异常终止信号 6 SIGABRT,并且产生core文件。

​ 函数无返回值和函数参数。

11-8 alarm函数：

​ 头文件：#include <unistd.h>

​ 函数原型：unsigned int alarm(unsigned int seconds);

​ 函数功能：设置定时器，在指定的seconds后，内核会给当前进程发送 14 SIGALRM信号，当进程收到该 信号，则默认动作终止。每一个进程只能有一个定时器。

​ 函数参数：填等待秒数。

​ 函数返回值：返回0或者剩余的秒数，不存在调用失败的情况。

​ 其他操作：可以给alarm的值设置为0来关闭已经设置好的定时器。

11-9 setitimer函数：

​ 头文件：#include <sys/time.h>

​ 函数原型：int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

​ 函数功能：设置定时器，可以代替alarm函数，精度为微妙，可以实现周期定时。

​ 函数参数：

​ which：指定定时方式。

自然定时：ITIMER_REAL 使用真实时间最为计时器的基准。

虚拟空间计时(用户空间)：ITIMER_VIRTUAL 使用进程在用户态运行的虚拟时间作为计时器的基准。

运行时计时(用户+内核):ITIMER_PROF使用进程在用户态和内核态运行的虚拟时间作为计时器的基准.

​ new_value：struct itimerval，负责设定timeout时间。

itimerval.it_value：设定第一次执行function所延迟的秒数。(时钟触发时间)

itimerval.it_interval：设定以后每几秒执行function。(时钟触发周期)

​ old_value：存放旧的timeout值，一般指定为NULL

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回-1.

11-10 信号集相关函数 (需包含头文件头文件：#include <signal.h>)

11-10-1 sigemptyset函数：

​ 函数原型：int sigemptyset(sigset_t *set);

​ 函数功能：将某个信号集清0.

​ 函数参数：set参数是一个指向sigset_t类型的指针，表示要操作的信号集。

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回-1.

11-10-2 sigfillset函数：

​ 函数原型：int sigfillset(sigset_t *ser);

​ 函数功能：将某个信号集置1.

​ 函数参数：set参数是一个指向sigset_t类型的指针，表示要操作的信号集。

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回-1.

11-10-3 sigaddset函数：

​ 函数原型：int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

​ 函数功能：将某个信号加入到信号集中。

​ 函数参数：

​ set：它是一个指向sigset_t类型的指针，表示要操作的信号集。

​ signum：它是信号的名称。

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回-1.

11-10-4 sigdelset函数：

​ 函数原型：int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

​ 函数功能：将某个信号从信号集中清除掉。

​ 函数参数：

​ set：它是一个指向sigset_t类型的指针，表示要操作的信号集。

​ signum：它是信号的名称。

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回-1.

11-10-5 sigismember函数：

​ 函数原型：int sigismember (const sigset_t *set, int signum);

​ 函数功能：判断某个信号是否在信号集中。

​ 函数参数：

​ set：它是一个指向sigset_t类型的指针，表示要操作的信号集。

​ signum：它是信号的名称。

​ 函数返回值：

​ 如果存在则返回1。

​ 如果不存在则返回0。

​ 如果调用出错则返回-1。

11-10-6 sigprocmask函数：

​ 函数原型：int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

​ 函数功能：用来检查和修改进程的信号屏蔽字。

​ 函数参数：

​ how：指定了对信号屏蔽字的操作方式。

SIG_BLOCK：将set指向的信号集中的信号添加到当前信号屏蔽字中。如果信号已经被阻塞则任然保持阻塞状态。

SIG_UNBLOCK：从当前信号屏蔽字中解除set指向的信号集中的信号的阻塞。

SIG_SETMASK：使用set指向的信号集替换当前的信号屏蔽字。

​ set：是一个指向sigset_t类型的指针，表示要设置的新的信号屏蔽字。sigset_t是一个位向量表示多个 信号。

​ oldset：是一个指向sigset_t的指针，用于存储旧的信号屏蔽字，如果不需要保存旧的则可以填NULL。

​ 函数返回值：成功返回0，失败fanhui-1。

11-10-7 sigpending函数：

​ 头文件：#include <signal.h>

​ 函数原型：int sigpending(sigset_t *set);

​ 函数功能：读取当前进程的未决信号集。

​ 函数参数：set参数是一个指向sigser_t类型的指针，用于存储当前进程的未决信号集。。

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回-1。

11-11 信号捕捉函数sigaction

​ 头文件：#include <signal.h>

​ 函数原型：int sigaction(int signum, const struct sigaction *acr, struct sigaction *oldact);

​ 函数功能：注册一个信号处理函数。

​ 函数参数：

​ signum：要捕捉的信号。

​ act：新的处理方式

​ oldact：旧的处理方式。

​ 函数参数中的结构体定义：

​ struct sigaction {

​ void (*sa_handler)(int); // 信号处理函数

​ void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理函数

​ sigset_t sa_mask; //信号处理函数执行期间需要阻塞的信号

​ int sa_flags; //通常为0，表示使用默认标识

​ void (*sa_restorer)(void);

​ };

结构体成员变量的具体意义：

​ sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名。当信号出现时，则使用这个函数进行处理。

​ sa_mask：用来指定在信号处理函数执行的期间，要被屏蔽的信号。

​ sa_flags：额外选项。可以默认设置为0。

SA_RESTART：使被信号中断的系统调用自动重启。

SA_NOCLDSTOP：终止子进程时，不产生 SIGCHLD 信号。

SA_SIGINFO：指定 sa_sigaction 字段作为信号处理函数，并允许传递附加信息。

​ sa_restorer：一般设置为NULL，在最新的linux内核中，他已经被忽略。

​ 函数返回值：成功返回0，失败返回-1。