---

1. 信号入门

---

1.1 信号基本概念

Linux中的信号（Signal）是操作系统用来通知进程发生某些事件的机制，可以简单理解为一种“通知”机制。就像你收到一个快递通知一样，信号通知进程某些事件的发生，让进程做出相应的处理。 不属于传递数据，而是属于传递事件。

在Linux中，信号是一种异步的事件通知，通常用于进程之间的通信或系统发生某种异常时的响应。每个信号都有一个编号和一个名称，如 SIGINT（中断信号，通常由Ctrl+C产生）或 SIGKILL（强制终止信号，无法被捕捉或忽略）。

信号有两类：

软件信号（Software Signals）：由软件触发，通常用于进程间通信或通知某些操作，如 SIGUSR1 和 SIGUSR2。

硬件信号（Hardware Signals）：由硬件事件触发，通常与操作系统内核的异常情况相关，比如 SIGSEGV（段错误）和 SIGFPE（浮点异常）。

信号的主要特性：

异步性：信号是异步的，即它们不需要进程主动检查，而是操作系统会在合适的时机将信号送达给进程。

进程间通信：信号通常用来在不同进程之间传递信息，告知进程某个事件发生了，例如进程结束或收到用户中断。

信号处理方式：进程在接收到信号时，可以选择默认处理方式、忽略信号，或者捕捉信号并执行自定义的信号处理程序。

信号的处理机制：

当进程收到信号时，可以采取不同的方式处理信号：

1、默认处理：每个信号都有默认的处理方式，如 SIGINT 通常是终止进程。

2、捕捉信号：通过编写信号处理程序，进程可以在收到信号时执行特定的操作。例如，程序可以捕捉 SIGTERM 信号来执行清理工作再退出。

3、忽略信号：进程可以选择忽略某些信号，如忽略 SIGPIPE 信号（用于管道破裂时），这样进程不会因为管道错误而终止。

信号的传递：

信号的传递是由内核通过操作系统的调度机制完成的。当某个信号产生时，内核会将信号送给目标进程，并在下次进程调度时通知该进程。

总结起来，Linux信号就是用来异步通知（指通知的发送和接收不在同一时间发生。换句话说，发送通知的操作和接收通知的操作是独立的，接收方不需要等通知发送完毕再继续其他任务，通知本身的处理是“非阻塞”的）进程某些事件发生的机制。进程可以选择如何响应这些信号，比如通过捕捉信号执行自定义操作，或者直接忽略信号。

同步通知：在同步模式下，发送通知的操作和接收通知的操作是紧密绑定的，接收方必须等通知被发送完并处理完之后，才能继续做其他工作。比如一个函数调用，在调用过程中，程序会暂停执行，直到函数返回结果，才能继续后续操作。

当信号产生的时候，我们不一定需要立马去处理信号，因为也可能在做优先级更高的事情。（只是信号已经到来，暂时没有处理——在合适的时候进行处理；信号到来后，此时这个信号已经产生，但是暂时没有处理，此时引入时间窗口 -> 用某种方式记录这个信号已经产生）

总结：

1、进程虽然现在没有收到信号，但进程知道收到信号之后，该怎么做。进程内部一定可以识别“信号”，程序员设计进程的时候，已经内置了处理方案，信号属于进程内部特有的特征。

2、当信号到来后，进程可能正在处理更重要的事情，信号可能不会被立即出来，会等合适的时候在进行处理（处理信号之前，会暂时被进程保存起来）

3、进程开始处理信号的3种模式：默认行为（终止进程、暂停、继续运行等）、自定义行为、忽略信号。

信号是如何发送的以及如何记录的？
信号的记录是在进程的task_struct (PCB) 是结构体变量。进程记录信号其实本质上是为了记录信号“是否”产生。

应该用什么数据结构保存信号数据？——位图

unsigned int signal;0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000比特位的位置对应 -> 信号编号
比特位的内容对应 -> 是否收到信号（0没有收到，1表示收到）0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 0000
从倒数第二个bit开始记录：收到6号信号（位于倒数第几个）
进程收到信号后，本质是进程内的信号位图被修改了。
谁有资格修改进程内的数据？————OS
OS是进程的管理者，有绝对的资格能够修改进程数据。
本质上就是OS直接去修改目标进程task_struct中的信号位图。
只有OS有资格发送信号。
但是信号发送的方式可以有多种。

kill -l # Linux中查看信号列表，共62个信号（没有32、33）

普通信号的编号范围是[1,31]。

---

1.2 技术应用角度的信号

$ cat sig.c#include <stdio.h>
int main()
{while(1){printf("I am a process, I am waiting signal!\n");sleep(1);}
}$ ./sigI am a process, I am waiting signal!
I am a process, I am waiting signal!
I am a process, I am waiting signal!
^C

ctrl + c ：终止进程 —— 2号信号

signal：这是一个系统调用或函数，用于将特定的信号与一个信号处理函数进行关联，指定当该信号到达时，操作系统应该调用哪个函数进行处理。

signum：信号编号
handler：回调函数

kill是一个常用的命令，kill用于向进程发送信号

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void handler(int signum) {printf("Received signal %d: SIGINT (Ctrl+C) was pressed!\n", signum);
}int main() {// 设置信号处理函数，捕捉 SIGINT (Ctrl+C)signal(2, handler);while(1) {printf("Running... Press Ctrl+C to send SIGINT.\n");sleep(1);  // 稍作休息，模拟程序运行}return 0;
}/* 
signal() 函数允许你指定自定义的信号处理函数，捕捉并处理特定信号。可以用来修改进程对某些信号的默认响应行为。
handler：这是信号处理函数的名称。handler 是一个函数，它定义了当接收到 SIGINT 信号时应该执行的操作。signal(2, handler)：这行代码将 SIGINT 信号（编号为 2）与 handler 函数关联起来。
也就是说，每当进程收到 SIGINT 信号时，内核会调用 handler() 函数来处理它。handler()：这是自定义的信号处理函数。当你按下 Ctrl+C 发送 SIGINT 信号时，程序不会直接终止，而是执行 handler 函数。
输出“Received signal 2: SIGINT (Ctrl+C) was pressed!”。
*/

$ ./myproc & 在当前目录下执行 myproc 程序，并且将其作为后台进程运行。
执行该命令后，你的终端不会被 myproc 占用，你可以继续在终端中执行其他命令。背景进程与前台进程：
前台进程：没有使用 &，程序会作为前台进程运行，终端会被程序占用，直到该程序结束，你才能继续输入其他命令。后台进程：加上 & 后，程序变成后台进程，终端可以立即返回提示符，允许你继续执行其他命令。
后台进程会继续在后台运行，直到它完成或被终止。

./myproc & 这条命令的含义是将 myproc 程序作为一个后台进程运行。

1、Ctrl-C 产生的信号只能发给前台进程（后台进程无法被Ctrl+C终止，需要使用kill -3 PID 或kill -SIGQUIT PID或来终止进程）。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。

注意：
信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

软中断指的是由程序主动触发的中断，它并非由硬件事件（如外部设备发出的信号）直接引起，而是由操作系统或应用程序通过特定机制主动引发的中断。与硬中断不同，软中断通常是在软件层面上处理的，目的是执行某些操作或响应事件。

为什么是“软中断”？异步性：
信号可以在进程执行的任何时刻送达
并且不需要等待进程主动检查或响应（即它是异步的）。
这就像硬件中断一样，突然打断了进程的执行
但与硬件中断不同的是，它是由操作系统内核生成和管理的。非同步执行：
在接收到信号后，进程可以选择如何处理它
可能会执行默认操作（如终止进程、忽略信号）
也可以使用自定义的信号处理函数。
信号的处理并不一定立即发生，而是由操作系统调度。
因此，它与硬中断的直接、快速响应有区别。程序控制：
与硬中断相比，软中断通常可以被程序或操作系统更精确地控制。
例如，操作系统可以设定哪些信号应该被忽略
哪些信号应该被捕捉并由程序处理，这使得信号机制比硬中断更灵活。

硬中断是由硬件设备引发的一种中断机制
用于通知 CPU 或操作系统某个硬件设备需要处理某个事件或数据。
硬中断通常是不可预测和紧急的，硬件设备通过硬中断向 CPU 发出信号
要求 CPU 停止当前的任务并转去处理硬件事件。

信号处理常见方式概览，可选的处理动作有以下三种:

1. 忽略此信号。
2. 执行该信号的默认处理动作。
3. 提供一个信号处理函数,要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数,这种方式称为捕捉(Catch)一个信号。

为什么要有信号？——为了让进程具有处理突发事件的能力
例如：

系统“出错了”时的报警
有时候程序出错，比如访问了不该访问的内存位置。操作系统会发送信号告诉程序：“出错啦！你访问了不该访问的地方！”这时程序可以根据这个信号做一些处理，比如报告错误或直接退出。

进程之间的“通知”
信号就像是操作系统给进程发的“提醒”或者“通知”。比如，当你在玩游戏时，有个新消息提醒或者有人打电话给你，信号就像这种提醒，让程序知道该做些什么。

告诉程序发生了什么事
假设你正在做一个重要的任务，比如看视频。突然间，如果有个事件发生了，比如你按了 Ctrl+C（想停止当前程序），操作系统就会用信号通知你：“嘿，你的程序被要求终止了！”程序收到信号后可以选择停止，也可以做点其他事（比如保存工作进度后再退出）。

---

2. 信号的产生

---

2.1 通过终端按键（如键盘）产生信号

CTRL + \ ：3号信号

查看系统资源的命令：
ulimit -a

图中此时核心转储文件大小为0，若打开文件大小后：

$ ulimit -c 10240$ ulimit -a此时第一行显示为：
core file size    (block, -c) 10240

$ ./myproc hello world
hello world
hello world
hello world
^\Quit (core dumped) # 按Ctrl+\后$ ls
core.23900 # 多了一个临时文件；23900是发生核心转储的进程ID

代码运行中的时候若出错了，我们也需要有方法去判定是由什么原因出错的。
核心转储功能：把进程在内存中的核心数据，转储到磁盘上，一般命名为core.pid 核心转储文件——目的为了调试，定位问题。

核心转储（Core Dump）文件是程序崩溃时的内存快照，它记录了进程在崩溃瞬间的状态，包括 CPU 寄存器、内存数据、调用栈、代码段等信息。核心转储文件的主要作用是调试程序崩溃的原因。

一般云服务器（属于线上生成环境），默认是关闭核心存储功能。
为什么默认要关闭核心存储功能？
1、安全性考虑
核心转储文件可能包含敏感数据，如果核心转储文件被恶意用户访问，可能会导致严重的安全风险。所以，云服务器提供商通常默认禁用 core dump，以降低信息泄露的风险。
2、影响服务器性能当一个大进程崩溃并生成核心转储时，CPU 可能会被 core dump 操作占用，导致其他应用运行变慢。
3、多租户环境，避免影响其他用户。云服务器通常是多租户环境（多个用户共享同一台物理服务器），如果某个用户的进程崩溃并生成大 core dump 文件，可能会影响到其他用户的磁盘空间。

上述内容解释：

$ ulimit -c 10240  
这个命令用于设置核心转储（core dump）文件的最大大小。即打开核心存储功能。
单位是 block（通常 1 block = 1KB）。-c 选项表示 core dump 文件的大小
10240代表最大10MB的core dump文件。这样，当程序崩溃时，如果核心转储功能开启了
它会生成一个大小不超过 10MB 的 core dump 文件。

$ ulimit -a这个命令用于查看当前 shell 进程的所有资源限制，包括：
core file size（核心转储文件大小）
file size（最大文件大小）
max user processes（最大用户进程数）