目录

1、信号入门

1.1、技术应用角度的信号

1.2、注意

1.3、信号概念

1.4、用kill -l命令可以查看系统定义的信号列表

1.5、信号处理常见方式概览

2、产生信号

2.1通过终端按键产生信号

Core Dump

2.2、调用系统函数向进程发信号

2.3、由软条件产生信号

3、总结思考一下

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1、信号入门

通过自然世界中人对信号的基本理解：

接下来是对进程的分析：

我们可以看到信号都是宏

那么还有一个问题：信号是如何发送的以及如何记录的？

首先回答信号是如何记录的：普通信号的编号是从【1,31】，所以信号应该用位图来保存信号数据，信号的记录是进程的task_struct(PCB)->结构体变量，本质更多的是为了记录信号是否产生。

如何发送：进程收到信号，本质是进程内信号位图被修改了，也只有OS才有资格修改进程内的数据，因为操作系统是进程的管理者，所以绝对有资格修改进程数据，本质就是OS直接去修改目标进程task_struct中信号位图。（信号发送只有OS有资格，但是信号发送的方式可以有多种）

1.1、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

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{while(1){printf("hello world!\n");sleep(1);}return 0;
}

当我们用ctrl+c这个组合键结束这个进程的本质是，操作系统识别到ctrl+c这个组合键，操作系统将ctrl+c解释成了2号新号，也就是SIGINT。

这个就是处理信号三种方案中的默认动作，为了要能够让信号自定义，有下面这个接口：

#include <signal.h>
typedef void(*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

第一个参数是信号编号，也就是信号中的1-31。

第二个参数的类型是一个函数指针，且是一个回调函数，相当于我们可以通过signal，提前向进程注册一个对信号的处理方法。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>void sigcb(int signo)
{printf("get a sig: %d\n", signo);
}int main()
{signal(2,sigcb);while(1){printf("hello world!\n");sleep(1);}return 0;
}

可以看到这次ctrl+c的时候，操作系统没有终止进程，因为默认行为被我们改成了自定义行为。这里无论使用ctrl+c还是kill -2 id操作都是执行我们的自定义行为，程序不会被终止，如果要退出进程，只能发送其他的退出信号

1.2、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不必等待进场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的。

1.3、信号概念

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

1.4、用kill -l命令可以查看系统定义的信号列表

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

编号34以上的是实时信号，暂不做讨论。其他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

1.5、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，这种方式称为捕捉一个信号

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2、产生信号

2.1通过终端按键产生信号

SIGINT的默认动作是终止进程，SIGQUIT的默认动作是终止进程并且Core Dump，现在我们来验证一下：

可以看到，CTRL+\对应的是三号信号：SIGQUIT，3号信号默认的动作是Core，表示在结束的时候它有一个动作叫核心转储。

使用ulimit -a指令查看系统资源

看到core file size的大小为0，意味着它的核心转储是关闭的，那么我们为它设置一个值：

接着再运行一遍程序：

可以看到，进程也退出了，而且后面还多了一个(core dumped)，用ls查看的时候也多了一个core.1751这个临时文件，这个1751数字叫做发生这次核心转储进程的id。

一个进程在终止的时候有很多终止方式，其中Terminal一般是直接退出，也可以理解成是我们手动的让它退出了，但不做任何转储文件的dump（转储），而我们如果自己打开了核心转储，并且我们收到了信号（不同的信号又不同的作用，不同的信号是一种不同的错误类别），而有些信号是需要进行和核心转储的。

比方说，代码运行的时候出错了，我们关心的是代码为什么出错了，我们之前讲的代码的三种退出方式：1、代码跑完结果对，2、代码跑完结果不对，3、代码运行中的时候出错。前两个最起码跑完了，最后根据退出码就能判断哪里有问题，那么第三种：代码运行中的时候出错了，我么也要有办法判定是什么原因出错了。

我们在平时出现第三种情况的时候，我们一般式通过调试来判断哪里出了问题，但其实还有Linux中的一种方法就是通过核心转储功能：把进程在内存中的核心数据转储到磁盘上，core.pid->核心转储文件。目的是为了调试、定位问题。一般云服务器是属于线上生产环境，默认是关闭的。

打开的状况我们上面那也进行了演示。那么还有一个问题：

为什么在云服务器上核心转储功能默认是关闭的呢?

比方说我们在服务器上写一个网络服务或者定期执行的一个任务，这个服务可能因为某种异常而挂掉，如果你打开了核心转储，那么挂掉之后会在本地的磁盘文件中生成corn文件，这个无可厚非，但是一般大的互联网公司在服务挂掉的时候，最重要的事情不是在乎是因为什么原因挂掉的，重要是的想尽快的让它恢复正常。因为BUG不是经常时间，而是偶尔的事情。所以重要的是先让服务跑起来，不要让公司收到太大的影响。当服务回复之后再对故障进行排除工作。

如果是小问题的话那么就先让服务恢复出来，然后再进行检查，但是如果出了大问题，而且有一个一崩就重启的功能，那么已重启就崩，崩了就重启，如此往复。就会出现大量的core file文件：

而且我们可以看到，这种文件一个都要1MB多，每个都不小，要说重启很长时间，那么我们去排查的时候会发现core文件将某个分区或者磁盘文件都占满了，最终导致服务想重启都没法重启，甚至操作系统都挂了，所以默认是关闭的。

Core Dump

首先解释什么是Core Dump。当一个进程要异常终止时，可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上，文件名通常是core，这叫做Core Dump。进程异常终止通常是因为有Bug，比如非法内存访问导致段错误，事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因，这叫做Post-mortem Debug（事后调试）。一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit（这个信息保存在PCB中）。默认是不允许产生core文件的，因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息，不安全。在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制，允许产生core文件。首先ulimit命令改变Shell进程的Resource Limit，允许core文件最大为1024K：$ulimit-c 1024。

下面通过一个实例来观察一下：

可以发现出现了一个浮点型异常，而且多出了一个core.27575这个core dumped文件。

通过gdb和core.27575文件找到了问题在20行，这样我们就快速定位到了刚刚的代码是因为什么原因出错的，这个调试叫做事后调试，也就是程序崩溃了再进行调试。

为什么C/C++进程会崩溃？

本质就是因为收到了信号。

那为什么会受到信号？

首先我们要知道，信号都是又OS发送的，那么OS又怎么识别到有进程触发了问题呢？

OS在进行正常运行的时候发现CPU内有一个计算机状态标志位发生了除0错误，然后操作系统就立马定位当前运行的那个进程，所以就来进行终止。

所以操作系统识别到了硬件错误，然后将这个硬件错误解释（包装）成信号发送给目标进程。

其实本质就是找到这个进程的PCB，向目标的位图比特位由0置1，然后这个进程在合适的时候处理8号信号时默认就给“自己终止了”。

所以错误最终一定会在硬件层面上有所表现，进而被OS识别到，所以进场最后才会崩溃。

2.2、调用系统函数向进程发信号

这里我们要用到的接口是kill

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

我们写了一个重复打印的mytest，然后通过系统调用kill掉了mytest进程，可以看到已经成功的使mytest退出。

还有两个给自己发送信号的接口

#include <signal.h>

int raise(int sig);

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>void handler(int signo)
{printf("get a sig: %d\n", signo);
}int main()
{signal(2, handler);while(1){printf("I am a process, pid: %d\n", getpid());sleep(1);raise(2);}return 0;
}

#include <stdlib.h>

void abort(void);

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>void handler(int signo)
{printf("get a sig: %d\n", signo);
}int main()
{signal(6, handler);while(1){printf("I am a process, pid: %d\n", getpid());sleep(1);abort();}return 0;
}

可以看到，运行起来后，接收到的是6号信号，而且接收到一次之后就退出了，可是上面明明对6号信号进行了捕捉。

这是因为有些信号是可以被捕捉，有些信号不可以被捕捉，6号信号既被捕捉了，也被终止了，这就是6号信号，abort的作用很像我们一直用的exit()，但是exit()是正常终止，而abort()的本质是通过信号来终止，是自己终止自己，但是要说明的是，exit()本质上是函数，只要是函数就说明它可能会失败，而abort函数总是会成功（函数无返回值）。

2.3、由软条件产生信号

我们之前的异常本质上是由软件引起的，但最终引起的问题是在硬件上，也就是CPU的状态寄存器出了问题，MMU转化出了问题，所以最后我们就看到操作系统识别硬件出了错误，然后转化成信号发送给进程。

软件条件产生信号：在我们写管道那里的时候说，有一端是读端，有一端是写端，如果将读端关闭，写端一只写，那么写端就会被立刻终止。这样的原因就是写入的软件条件不满足，也就是当前管道式不允许你写入的，所以我们当时就收到了一个SIGPIPE这个信号，这个信号就是由于软件条件产生的信号，所以就是我们写入的条件不成熟，这就是软件条件。

当然还有其他的软件条件，就是alarm（闹钟）函数。

这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间余下的秒数。

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

调用alarm函数可以设定一个闹钟，也就是告诉内核在seconds秒后给当前进程发SIGALRM信号，该信号的默认处理动作是终止当前进程。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>void handler(int signo)
{printf("get a sig: %d\n", signo);
}int main()
{alarm(1);int count = 0;while(1){printf("count is: %d\n", count++);}return 0;
}

这个代码的意思是，1秒后发送14号信号SIGALRM，然后在这1秒内看能进行多少次count++并打印出来，我们可以看到，在五万次左右，但是这其实不代表真实的速度，因为我们这里是在外设打印了就会慢很多。而且也会有网络的原因，我们在网络上计算，然后再发送过来，就会慢。

这里我们改一改：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>int count = 0;void handler(int signo)
{printf("count is: %d\n", count);exit(1);
}int main()
{signal(14, handler);alarm(1);while(1){count++;}return 0;
}

可以看到，我们直接让它累加，最后再打印，就可以看到会加到很大，这就是因为在累加的时候没有进行IO，所以我们得知，如果计算机在进行IO的时候，效率非常低。

2.4、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。例如当前进程执行了除以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。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。

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3、总结思考一下

1、上面所说的所有信号产生，最终都要由OS来进行执行，为什么？

答：OS是进程的管理者

2、信号的处理是否是立即处理的？

答：在合适的时候

3、信号如果不是被立即处理，那么信号是否需要暂时被进程记录下来？记录在哪里最合适呢？

答：需要。记录在进程的PCB中，有对应的PCB位图

4、一个进程在没有收到信号的时候，能否能知道，自己应该对合法信号作何处理呢？

答：知道：默认、自定义、捕捉

5、如何理解OS向进程发送信号？能否描述一下完整的发送处理过程？

答：本质就是OS根据某种信号类别，直接去修改PCB位图中的0 1序列，进而达到发送信号的目的