【Linux取经路】初识信号

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文章目录

一、人眼中的信号 VS 进程眼中的信号
二、ctrl+c 终止一个前台进程
三、查看信号信息
- 3.1 Core dump——核心转储功能验证
四、信号的处理方式
五、ctrl+c 被解释成2号信号验证
- 5.1 signal——设置自定义捕捉方法
六、ctrl+c 是如何变成信号的？
七、异步、软中断
八、结语

一、人眼中的信号 VS 进程眼中的信号

人眼中的信号：

以人为例，我们认识信号，一定是因为有人教我们，我们记住了。**认识信号包括：识别信号和知道信号的处理方法。**例如，我们可以识别红灯这个信号，并且知道红灯亮了就不能再过马路了。
即便是现在没有信号产生，我们也知道产生信号后，我们应该做什么。
信号产生了，我们可能并不立即处理这个信号，而是在合适的时机去处理，因为我们当前可能正在做更重要的事情，所以在信号产生后一直到信号处理前，有一个时间窗口，在这个时间窗口内，我们必须记住信号的到来。

进程眼中的信号：

进程必须能够识别、处理信号，即使信号没有产生，也要具备处理信号的能力。信号的处理能力，属于进程内置功能的一部分。
进程即便是没有收到信号，也能知道哪些信号该怎么处理。
当进程真的收到了一个具体的信号的时候，进程可能并不会立即处理这个信号，在合适的时候处理。
一个进程必须当信号产生了，到信号开始被处理，就一定会有时间窗口，进程具有临时保存哪些信号已经发生了的能力。

二、ctrl+c 终止一个前台进程

现象：ctrl+c 可以杀掉一个前台进程。Linux 中，一次登陆中，一个终端，一般会配上一个 bash ，每一个登陆，只允许，值允许一个进程是前台进程，可以允许多个进程是后台进程。bash 也是进程，在向 bash 输入指令之前，bash 就是前台进程，此时如果在 baash 中输入一个指令 ./myprocess，以我们自己写的可执行程序为例，该程序中有一个死循环，一直向显示器打印，那么该程就会变成前台进程，bash 就会变成后台进程，此时再向 bash 中输入指令是没有任何反应的。前台进程和后台进程的一个本质区别是，谁来获取键盘输入，只有前台进程才能拿到键盘输入。./myprocess & 此时 myprocess 是一个后台进程。ctrl+c **本质是被进程解释为收到了 2 号信号。**进程收到2号信号的默认动作就是终止自己。

三、查看信号信息

pidof myprocess：显示操作系统中所有 myprocess 进程的 pid。

pidof myprocess | xargs kill -9：杀掉当前操作系统启动的所有 myprocess 进程。

kill -l：查看系统的信号列表。

没有0、32、33号信号，一共有62个信号。1-31号称为普通信号；34-64号称为实时信号，进程一旦收到实时信号，必须立即处理。信号本质上就是数字，右边的字符是信号的名称，在操作系统的内核中，信号一定是以宏定义的方式提供的，这些宏定义在 signal.h 中可以找到。

man 7 signal：查看信号的详细说明。

其中 Term、Core 表示终止；Ign 标记忽略；Cont 表示继续；Stop 表示暂停。

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其中 core dump 标志就是用来区分 Term 和 Core 的。云服务器的 Core dump 功能默认是关闭的，可以通过 ulimit -a 指令来查看当前系统的所有资源限制。

可以通过 ulimit -c size、去设置它的大小为 size，如果 size > 0 就表示开启 Core dump 功能。

3.1 Core dump——核心转储功能验证

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>using namespace std;int main()
{pid_t id = fork();if(id == 0){// childint cnt = 500;while(cnt--){cout << "I am child, my pid is: " << getpid() << endl;sleep(1);}}else if(id > 0){// fatherint status = 0;pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);if(ret == id){cout << "wait " << id << "success, " << "exit code: " << WEXITSTATUS(status) << ", exit signalnum: " << WTERMSIG(status) << ", core dump: " << ((status >> 7)&1) << endl; }}return 0;
}

可以看到，Term 对应的 core dump 标志位是 0；Core 对应的 core dump 标志位是 1。前者表示正常终止，后者表示异常终止。打开系统的 core dump 功能，一旦进程出现异常，操作系统会将进程在内存中的运行信息，给 dump （转储）到进程的当前目录中，形成 core.pid 文件，core dump 被称作核心转储。core.pid 文件中详细记录了程序的异常原因，可以直接帮我们定位到出错行。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>using namespace std;int main()
{int a = 10;int b = 0;a /= b;return 0;
}

四、信号的处理方式

收到信号有以下三种处理方式：

默认动作：人看到红灯，默认动作就是站在原地，等待红灯结束。
忽略：人看到红灯之后，不管红灯，继续往前走。
自定义动作（信号的捕捉）：人看到红灯后，开始唱歌。

进程收到一个信号后，它的处理动作只能在上面这三个动作中进行三选一。

五、ctrl+c 被解释成2号信号验证

5.1 signal——设置自定义捕捉方法

signal——设置进程对某个信号的自定义捕捉方法：当进程收到 signum 信号的时候，去执行 handler 方法。

signum：信号的编号。
handler：一个函数指针，指向信号的自定义捕捉动作。
sighandler_t：一个函数指针类型，指向一个返回值为 void 参数为 int 的函数，这个参数值就是收到的信号。为什么要有这个参数呢？因为同一个自定捕捉方法，可以捕捉多个不同的信号，所以在该方法中需要知道是收到哪个信号才来执行的该方法。

signal 函数只需要设置一次，往后都有效。sighandler_t 函数只会在收到对应的信号后才会执行，假如程序一直没有收到对应的信号，那么该函数就一直不会被调用。

// mysignal
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>using namespace std;void myhandler(int signo)
{cout << "process get a signal: " << signo << endl;
}int main()
{signal(2, myhandler);while(true){cout << "Hello Linux" << endl;sleep(1);}return 0;
}

进程收到信号后的默认动作和自定义捕捉动作只能执行一个，设置了自定义捕捉动作，默认动作就不再执行了。

六、ctrl+c 是如何变成信号的？

由于进程无法直接访问硬件资源，所以键盘被按下，一定是操作系统先知道的。

OS 怎么知道键盘上有数据了？

最简单的方法就是，操作系统定期的去检查键盘文件。把键盘数据读到操作系统当中，本质上是将键盘外设（文件）中的数据，拷贝到内核中的文件页缓冲区中。因为操作系统中有大量的外设，如果都采用定期检查的方法，去判断外设中是否有数据是非常浪费时间的，因此这种方法不可取。在数据层面，CPU 是不会直接和外设打交道的，但是在控制层面，当外设有数据了，外设可以给 CPU 发送硬件中断。中断有自己的中断号，CPU 通过中断号来判断该中断是哪个外设发送的。之后 CPU 会以这个中断号为下标，去操作系统的中断向量表中执行对应的方法。操作系统在将键盘文件中的数据拷贝到操作系统之前，会先判断输入的是数据还是控制，如果是控制，ctrl+c 就是控制，会被操作系统转换成2号信号发送给进程。