Linux下的信号机制

基本概念：

生活中的信号：
一说到信号，我们可能立马想到的是信号枪（垂直打上去就有空投的那种，博主表示还没捡到过一次，Emmmm），抛开信号枪，我们的身边无时无刻不充斥着信号，比如红绿灯，看到红灯应该停下来，直到绿灯才可以往前走，你一看到就知道是什么意思，下一步该干嘛，但是遵不遵守就看你自己了，不过我们还是应该做一个尊重交通规则的乖宝宝，弘扬正能量。
计算机中的信号：
计算机中的信号也是如此，计算机在收到一个信号后，并不会去立刻处理它，而是先把它保存起来，或者说标记起来，然后找一个合适的时机去处理它，下面我们就来详解Linux下的信号机制，包括信号是如何产生的，计算机如何处理信号，如何去捕捉信号等

Linux下查看所有信号的命令：kill -l
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注意：信号表中是没有32和33号信号的，所以Linux下总共有62种信号

1~31 普通信号
34~64实时信号

本文主要讨论普通信号，对实时信号不做解释

大家可以从表中看出，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。这些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
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信号的产生

通过终端按键产生信号
用户在终端按下某些键时，终端驱动程序会发送信号给前台进程，例如Ctrl-C产生SIGINT信号（只作用于前台进程），Ctrl-Z产生SIGTSTP信号（可使前台进程停止），Ctrl-\产生SIGQUIT信号

前台进程：基本不用和用户交互，优先级稍微低一些（运行前台进程： ./test.c）
后台进程：需要和用户进行交互，需要较高的相应速度，优先级别高(运行后台进程： ./test.c &)

    #include <stdio.h>                                                                                                              
    int main()
    {
        while(1)
        {
            printf("Wait for Ctrl-C\n");
            sleep(3);//每隔3秒打印一句话，并且让它死循环
        }
        return 0;
    }

在打印了两句话后，我按下了Ctrl-C，进程终止，但是如果将该进程放在后台执行时，Ctrl-C就没有用了，这时候就要用kill命令了，找到该进程的进程ID后，使用kill -9命令可以直接杀死该进程
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硬件异常产生信号
这些异常由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
3.系统调用或者用户命令产生信号
一个进程调用kill()函数可以发送信号给另一个进程，也可以发送kill命令给某个进程，只要知道目标进程的进程ID（PID）就好， kill命令其实也是通过调用kill()函数实现的，如果不明确指定信号则发送SIGTERM信号，该信号的默认处理动作是终止进程。
kill函数可以给一个指定的进程发送指定的信号。raise函数可以给当前进程发送指定的信号。

#include<signal.h>
int kill(pid_t pid,int signo);
int raise(int signo);
这两个函数都是都是成功返回0，错误返回-1，这里就不做演示了

软件条件产生
当内核检测到某种软件条件发生时也可以通过信号通知进程，例如闹钟超时产生SIGALRM信号，向读端已关闭的管道写数据时产生SIGPIPE信号。如果不想按默认动作处理信号，用户程序可以调用sigaction()函数告诉内核如何处理某种信号

演示alarm（闹钟）

    #include <stdio.h>                                                                                                              
    #include<signal.h>


    int main()
    {
        int count = 0;
        alarm(1);//设置闹钟时间为1秒
        while(1)
        {
            printf("count = %d\n",count);
            count++;
        }//这个函数实现1秒钟内不停地数数，1秒钟到了就被alarm发送的SIGALRM信号所终止
        return 0;
    }

说明当count数到154391时，接收到了SIGALRM信号，进程终止掉了
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信号的存储

Linux一共有31中普通信号，也就是1~31号，看到这个数字大家有没有想到bit位呢？所以在Linux下每个进程的PCB中有专门位图来存储该进程接收到的信号信息，而且只需要一个字节的31个bit位就能有效的存储这些信号，bit位的位置就是信号的编号，每个bit位对应的值就是当前信号的信息（0–表示没有收到该信号，1–表示收到该信号），如果当前进程收到了某个信号，把对应的bit位的值由0改为1就行
实时信号不用位图存储，用的是链表，了解一下即可

信号的处理方式

忽略该信号
执行该信号的默认处理动作（部分信号的默认处理动作是终止进程）
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（前两种处理方式是在内核态进行的），这种方式称为捕捉信号

信号的捕捉
上面说过，信号的捕捉大概意思就是当进程在处理某信号时，不按照信号的默认处理动作执行，而是执行用户自定义的函数

signal函数

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

参数：signum:信号编号 handler:指向怎样捕捉该信号的函数 
返回值：signal函数的返回值是一个函数指针，成功返回返回以前的处理 配置，失败返回错误码对应的错误提示。

演示代码：

    #include <stdio.h>
    #include <signal.h>

    void my_hander(int signum)
    {
        printf("got a %d signal\n",signum);//打印收到的信息编号
    }

    int main()
    {
        signal(2,my_hander);//收到2号信号后，执行用户自定义函数
        while(1)            //（Ctrl-C产生的SIGINT信号，原默认处理动作是终止进程）
        {
            sleep(1);
        }                                                                                                                           
        return 0;
    }

因为Ctrl-C产生的信号默认处理动作已被我们在该进程内更改，所以最后使用Ctrl-Z来使进程终止
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操作系统处理信号时并不是在用户代码的内部空间执行，而是在内核态转向用户态时处理所有接收到的信号，下面我用一张图来说明

这里写图片描述

第2部表明操作系统不是在进程接收到信号的第一时间就去处理该信号，而是在合适的时机进行处理，图里过程间的相互转换我们可以将其当做一个无穷的标志（ ∞ ），便于记忆，而且整个过程共进行了四次用户态和内核态的转换

Linux下的信号机制

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