【Linux】进程信号篇Ⅰ:信号的产生(signal、kill、raise、abort、alarm)、信号的保存(core dump)

文章目录

  • 一、 signal 函数:用户自定义捕捉信号
  • 二、信号的产生
    • 1. 通过中断按键产生信号
    • 2. 调用系统函数向进程发信号
      • 2.1 kill 函数:给任意进程发送任意信号
      • 2.2 raise 函数:给调用进程发送任意信号
      • 2.3 abort 函数:给调用进程发送 6 号信号
    • 3. 软件条件产生信号
      • alarm 函数:闹钟时间后,发送 14(SIGALRM )号信号
    • 4. 硬件异常产生信号
      • 4.1 除0:8) SIGFPE
      • 4.2 野指针:11) SIGSEGV
  • 三、信号保存的细节
    • 1. core 和 term
    • 2. waitpid 中,status 第八位的 core dump 标志位
  • 🔗 接下篇


kill -l 可以查看所有信号:

在这里插入图片描述
其中,前面的数字就是信号,后面的大写英文就是信号名称,实际就是宏。

我们需要关注的是 1~31 号普通信号,关注他们有没有产生(可以用 0 或者 1 表示)。

所以,进程的 pcb 中,需要对产生的信号先用 位图 保存起来,再按照一定的顺序去处理他们。

我们所谓发送信号,本质其实就是写入信号,直接修改特定进程的信号位图中的特定比特位(0 / 1)。位图中,比特位的位置,是信号的编号;比特位的内容表示,是否收到该信号。

无论后面有多少种信号产生的方式,最终都必须要让 OS 来完成最后发送 / 写入的过程。

man 7 signal:查看所有信号详细信息
在这里插入图片描述


一、 signal 函数:用户自定义捕捉信号

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

参数 signum:

  • 信号编号


参数 handler:

  • 用户自定义处理动作,在 signum 信号发生时触发。

🌰使用举例:

// 自定义方法
// signo:特定信号被发送给当前进程的时候,执行handler方法的时候,要自动填充对应的信号给handler方法
// 我们甚至可以给所有的信号设置同一个处理函数
void handler(int signo)
{std::cout << "get a singal: " << signo << std::endl;// exit(2);
}int main()
{// signal(SIGINT, handler);// signal(SIGQUIT, handler);signal(2, handler);	// 2:ctrl+csignal(3, handler);	// 3:ctrl+\while(true){std::cout << "我是一个进程,我正在运行 ..., pid: " << getpid() << std::endl;sleep(1);}return 0;
}
1. 2号信号,进程的默认处理动作是终止进程
2. signal 可以进行对指定的信号设定自定义处理动作
3. signal(2, handler)调用完这个函数的时候,handler方法没有被调用,只是更改了2号信号的处理动作。
4. 那么handler方法在当2号信号产生的时候才会被调用
5. 默认我们对2号信号的处理动作:终止进程,我们用signal(2, handler), 我们在执行用户动作的自定义捕捉!不是每个信号我们都可以自定义捕捉的!!比如 9 就不行。是 OS 规定的

二、信号的产生

1. 通过中断按键产生信号

比如用户按下 ctrl+c,键盘输入产生一个 硬件中断,用电信号将中断号写入寄存器,系统再根据中断号去中断向量表中查找,然后 OS 再从键盘中去读取数据(看是键盘哪些位置被摁下)。被 OS 获取后,解释成信号,发送给目标前台进程。

2. 调用系统函数向进程发信号

2.1 kill 函数:给任意进程发送任意信号

头文件

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

参数 pid:

  • 进程pid

参数 sig:

  • 信号

2.2 raise 函数:给调用进程发送任意信号

头文件

#include <signal.h>

int raise(int sig);

参数 sig:

  • 信号

2.3 abort 函数:给调用进程发送 6 号信号

头文件

#include <stdlib.h>

void abort(void);

进程收到 6 号信号就会终止,即使可以被用户捕捉到,也会完成终止。

3. 软件条件产生信号

(SIGPIPE也是一个由软件条件产生的信号

alarm 函数:闹钟时间后,发送 14(SIGALRM )号信号

默认动作是终止(Term)当前进程
头文件

#include <unistd.h>

unsigned alarm(unsigned seconds);

参数 seconds:

  • 时间


返回值:

  • 0,或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。(比如第一次提前结束,在次重新设定时,就会返回之前剩余的时间)

alarm 函数是一次性的,可以利用捕捉器,进行 自取 操作,达到不断设置闹钟的作用。

🌰使用举例:

void myhandler(int signo)
{std::cout << "get a signal: " << signo << " count: " << count << std::endl;alarm(1);// exit(0);
}int main(int argc, char *argv[])
{std::cout << "pid: " << getpid() << std::endl;signal(SIGALRM, myhandler);alarm(1); //一次性的while(true){sleep(1);}
}

alarm 也是有内核数据结构的,OS 管理这些内核数据结构,每隔一段时间就会去比如说管理 alarm 的最小堆中,当堆顶 timestamp >= 系统当前时间 时,就会给这个对应的进程 pid 发送 SIGALRM 信号,并把这个闹钟从堆中拿走。

struct alarm
{int timestamp; // curr + 设置的seconds// ...进程 pid ...等等
};

4. 硬件异常产生信号

硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核,然后内核向当前进程发送适当的信号。

4.1 除0:8) SIGFPE

SignalValueActioncomment
SIGFPE8CoreFloating point exception

例如当前进程执行了除 0 的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释为 SIGFPE 信号,发送给进程。

状态寄存器:用比特位表示状态,其中有一位,就是反映本次计算是否有溢出问题。

出现除 0 后,溢出标志位被置 1,os 发现后立即将 相应进程 pcb 中发送 8号 信号。

4.2 野指针:11) SIGSEGV

SignalValueActioncomment
SIGSEGV11CoreInvalid memory reference

再比如当前进程访问了非法内存地址,MMU 会产生异常,内核将这个异常解释为 SIGSEGV 信号发送给进程。

虚拟地址 通过页表 转换访问到物理内存,这个过程其实是软硬件结合的方式完成的。这个页表的 KV 转换过程就是由硬件 MMU 完成的。

MMU:内存管理单元,被集成在 CPU 内,转换时,只需要把虚拟地址导入到 MMU 这个硬件中,用这个硬件转。

🌰举例:

// 一个野指针问题
int *p = nullptr;
p* = 100;

分析上述代码,当我们赋值给指针为 nullptr 时,p 里面放的是 0 或者 nullptr,*p 代表的就是虚拟地址空间中的 0 号地址,我们想将 100 写入 0 号地址,但这个地址我们没有申请过,他也不允许我们访问,所以造成了野指针 / 悬垂指针问题。

其实,*p = 100;第一步并不是写入,而是首先进行虚拟地址到物理内存的转换。

  • 没有映射:MMU 硬件报错
  • 有映射,但是没有权限:MMU 直接报错
  • OS 接收到报错后,传递给 CPU 中的一个寄存器,找到相应进程的 pcb 对其发送 11号 信号。

三、信号保存的细节

1. core 和 term

查看信号的 Action 栏有 core 和 term 两种。

他们有什么不同呢?

在这里插入图片描述

  • term 终止的就是终止,没有多余的动作。

  • core 终止,会先进行核心转储,再进行终止。

进程在异常的时候,OS 可以将该核心代码部分进行 核心转储,将内存中进程的相关数据,全部 dump 到磁盘中。核心转储的目的是,方便异常后进行调试。

一般核心转储文件在云服务器上确实看不到,而是云服务器默认是关闭这个功能的!ulimit -a 可以查到 core_file_size 大小是0,即关闭的,按照提示 ulimit -c [数值] 设置大小,即可打开核心转储功能,数值设为 0 就是关闭。

当程序异常时,我们不知道哪里出了问题。有如下解决方法,称作 事后调试

  • -g 生成可执行程序,使用 gdb 命令打开调试模式

  • 命令行中输入:core-file core.xxxx (xxxx 为相应的核心转储生成文件),就会出现报错原因的详细信息,和报错位置

既然核心转储那么方便,为什么云服务器要关闭这个功能呢?

Linux环境根据使用目的可以分为:开发环境、测试环境、生产环境
云服务器属于生产环境,生产环境是默认关闭核心转储的!按照 CPU 的运行速度,错误的代码,在短时间内可以造成大量的 core. 文件,磁盘写满甚至系统崩溃都是有可能的,所以生产环境下,一般都是将这个功能关闭的。

2. waitpid 中,status 第八位的 core dump 标志位

在这里插入图片描述

这里的 core dump 标志位,就是用来记录,是否有 core dump 出现的。



🔗 接下篇

👉🔗进程信号篇Ⅱ:信号的阻塞及保存(sigset_t, sigprocmask, sigpending)、信号的处理、信号的捕捉(sigaction)

👉🔗进程信号篇Ⅲ:可重入函数、volatile关键字、SIGCHLD信号


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