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Linux信号是什么?

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1. 信号的概念
信号在生活中随处可见,比如体育比赛中使用的信号枪、我给你传递一个眼神(你懂的哈哈哈),等等。这些信号都有一些共同点:一是简单;而是不能携带大量信息;三是满足某个特设条件才发送。

信号是信息的载体,是Linux/UNIX 环境下,古老而经典的通信方式, 现在依然是主要的通信手段。Unix早期版本就提供了信号机制,但不可靠,信号可能丢失。Berkeley 和 AT&T都对信号模型做了更改,增加了可靠信号机制。但彼此不兼容。POSIX.1对可靠信号例程进行了标准化。

2. 信号的实现机制
进程A给B发送信号,B收到信号之前执行自己的代码,收到信号后,不管执行到程序的什么位置,都要暂停运行,去处理信号,处理完毕再继续执行。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断,早期常被称为“软中断”。信号具有这样的特质,由于信号是通过软件方法实现,其实现手段导致信号有很强的延时性,但是对于用户来说,这个延迟时间非常短,不易察觉。

每个进程收到的所有信号,本质上都是由内核负责发送的,由内核去处理,我们名义上说是进程A发送信号给进程B,实质上信号是由内核产生,由内核发送,并由内核处理的。进程收到信号要无条件处理信号,并且可以选择忽略(忽略也是对信号的一种处理)、捕捉、处理信号默认的动作等。
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3. 信号相关的一些琐碎知识点
3.1 产生信号的方式

    按键产生,如:Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+\
    系统调用产生,如:kill、raise、abort
    软件条件产生,如:定时器alarm,setitimer
    硬件异常产生,如:非法访问内存(段错误)、浮点型错误、除0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)、SIGPIPE
    命令产生,如:kill命令

3.2 信号的状态

    产生:
    递达:递送并且到达进程。
    未决:产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

3.3 信号的处理方式

    执行默认动作

    忽略(丢弃)

    捕捉(调用户处理函数),捕获可以说是学习信号最重要的原因之一,当我们的程序产生比如段错误、总线错误等等,程序会异常终止,我们通过捕获可以捕获到这种错误,并使程序不终止。

3.4 PCB中的信号相关信息

Linux内核的进程控制块PCB是一个结构体task_struct,除了包含进程id、状态、工作目录、用户id、组id、文件描述符表、还包含了信号相关的信息,主要指阻塞信号集和未决信号集。

    阻塞信号集:也叫信号屏蔽字,将某些信号加入集合,对他们设置屏蔽,当屏蔽某个信号后,再收到该信号,该信号的处理将推后(解除屏蔽后)。

    未决信号集:
        信号产生,未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为1,表信号处于未决状态;当信号被处理对应位翻转回为0,这一时刻往往非常短暂。
        信号产生后由于某些原因主要是阻塞不能抵达,这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前,信号一直处于未决状态。

未决信号集就是没有被处理的信号,未决信号集实际上是一个32位数,每一位代表一个信号,当信号产生的时候,就把对应的位反转为1,如果该信号未被处理就反转回0,处理了就保持为1。

而阻塞信号集会影响到未决信号集,比如说我在阻塞信号集中将2号信号为置为1,也就是将2号信号屏蔽,那么未决信号集中2号信号对应的位就会变为1(未决状态),一直阻塞在这种状态。
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3.5 信号的编号
可以使用 kill –l 命令查看当前系统有哪些可用信号
image.png
不存在编号为0的信号。其中1-31号信号称之为常规信号(也叫普通信号或标准信号),34-64称之为实时信号,驱动编程与硬件相关,这些信号名字类似。
3.6 信号四要素

每个信号必须要有的四个要素:

    编号
    名称
    事件
    默认处理动作,信号的默认动作主要有:
        Term:终止进程
        Ign: 忽略信号 ,默认即时对该种信号忽略操作
        Core:终止进程,生成Core文件,主要是查验进程终止原因, 用于gdb调试
        Stop:停止(暂停)进程
        Cont:继续运行进程

3.7 信号帮助文档
可通过 man 7 signal 查看帮助文档获取标准信号信息表
image.png
在标准信号中,有一些信号是有三个 “Value”,第一个值通常对alpha和sparc架构有效,中间值针对x86、arm和其他架构,最后一个应用于mips架构。一个 ‘-’ 表示在对应架构上尚未定义该信号。我们主要关注中间的那个值。

不同的操作系统定义了不同的系统信号。因此有些信号出现在Unix系统内,也出现在Linux中,而有的信号出现在FreeBSD或 Mac OS 中却没有出现在Linux下。这里我们只研究Linux系统中的信号。

注意从 man 7 signal 帮助文档中可看到 : The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored. 这里特别强调了SIGKILL 和SIGSTOP信号,不允许忽略和捕捉,只能执行默认动作。甚至不能将其设置为阻塞。另外需清楚,只有每个信号所对应的事件发生了,该信号才会被递送(但不一定递达)。
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