unix编程之信号机制笔记

Bertha 。 2022-06-18 06:07 247阅读 0赞

# unix编程之信号机制笔记 #

> 信号是进程间通信的一种方式，但是写代码中用到该机制并不多，调试程序时需要掌握些，故大概了解即可
> 
> 基础环境：xcode+iterm+clang+macos

## 一、信号是什么？ ##

信号是进程通信方式的一种，应该算是比较古老的一种吧。比较直观的一些用处是，譬如键盘上某个按键被按下（很常用的就是停止进程Ctrl+c的SIGINT），或者譬如系统用来停止某进程（进程管理器发送信号强制关闭进程）、或者系统用信号来处理某些严重的错误（一个进程试图向一块不存在的虚拟内存写入数据、或者是一条非法指令）、kill命令也是将信号SIGTERM信号发送给对应进程停止进程。

信号本身是不能携带信息的，这就限制了它作为进程间通信的能力。但是虽然你写代码用不到，但是对进程进行各种操作的时候，实际上很多时候系统都是依赖信号完成的功能。

## 二、标准信号 ##

标准定义在bits/signum.h中

/* Signal number constants. Generic version. Copyright (C) 1991-2017 Free Software Foundation, Inc. This file is part of the GNU C Library. The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or (at your option) any later version. The GNU C Library is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU Lesser General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License along with the GNU C Library; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. */
    
    #ifdef _SIGNAL_H
    
    /* Fake signal functions. */
    
    #define SIG_ERR ((__sighandler_t) -1) /* Error return. */
    #define SIG_DFL ((__sighandler_t) 0) /* Default action. */
    #define SIG_IGN ((__sighandler_t) 1) /* Ignore signal. */
    
    #ifdef __USE_UNIX98
    # define SIG_HOLD ((__sighandler_t) 2) /* Add signal to hold mask. */
    #endif
    
    /* We define here all the signal names listed in POSIX (1003.1-2008); as of 1003.1-2013, no additional signals have been added by POSIX. We also define here signal names that historically exist in every real-world POSIX variant (e.g. SIGWINCH). Signals in the 1-15 range are defined with their historical numbers. For other signals, we use the BSD numbers. */
    
    /* ISO C99 signals. */
    #define SIGINT 2 /* Interactive attention signal. */
    #define SIGILL 4 /* Illegal instruction. */
    #define SIGABRT 6 /* Abnormal termination. */
    #define SIGFPE 8 /* Erroneous arithmetic operation. */
    #define SIGSEGV 11 /* Invalid access to storage. */
    #define SIGTERM 15 /* Termination request. */
    
    /* Historical signals specified by POSIX. */
    #define SIGHUP 1 /* Hangup. */
    #define SIGQUIT 3 /* Quit. */
    #define SIGTRAP 5 /* Trace/breakpoint trap. */
    #define SIGKILL 9 /* Killed. */
    #define SIGBUS 10 /* Bus error. */
    #define SIGSYS 12 /* Bad system call. */
    #define SIGPIPE 13 /* Broken pipe. */
    #define SIGALRM 14 /* Alarm clock. */
    
    /* New(er) POSIX signals (1003.1-2008, 1003.1-2013). */
    #define SIGURG 16 /* High bandwidth data is available at a socket. */
    #define SIGSTOP 17 /* Stopped (signal). */
    #define SIGTSTP 18 /* Stopped. */
    #define SIGCONT 19 /* Continued. */
    #define SIGCHLD 20 /* Child terminated or stopped. */
    #define SIGTTIN 21 /* Background read from control terminal. */
    #define SIGTTOU 22 /* Background write to control terminal. */
    #define SIGPOLL 23 /* Pollable event occurred (System V). */
    #define SIGIO SIGPOLL /* I/O now possible (4.2 BSD). */
    #define SIGXCPU 24 /* CPU time limit exceeded. */
    #define SIGXFSZ 25 /* File size limit exceeded. */
    #define SIGVTALRM 26 /* Virtual timer expired. */
    #define SIGPROF 27 /* Profiling timer expired. */
    #define SIGUSR1 30 /* User-defined signal 1. */
    #define SIGUSR2 31 /* User-defined signal 2. */
    
    /* Nonstandard signals found in all modern POSIX systems (including both BSD and Linux). */
    #define SIGWINCH 28 /* Window size change (4.3 BSD, Sun). */
    
    #define _NSIG 32
    
    /* Archaic names for compatibility. */
    #define SIGIOT SIGABRT /* IOT instruction, abort() on a PDP-11. */
    #define SIGCLD SIGCHLD /* Old System V name */
    
    #endif /* <signal.h> included. */

这里举例几个比较重要常用的信号：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>信号值</th> 
   <th>处理动作</th> 
   <th>发出信号的原因</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>SIGHUP</td> 
   <td>终止进程</td> 
   <td>终端挂起或者控制进程终止</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SIGINT</td> 
   <td>终止进程</td> 
   <td>键盘按退出，ctrl+c</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SIGQUIT</td> 
   <td>终止进程，并进行内核映像转储</td> 
   <td>键盘按退出，ctrl+/</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SIGILL</td> 
   <td>终止进程，并进行内核映像转储</td> 
   <td>非法指令</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SIGABRT</td> 
   <td>终止进程，并进行内核映像转储</td> 
   <td>执行abort(3)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SIGFPE</td> 
   <td>终止进程，并进行内核映像转储</td> 
   <td>浮点异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SIGKILL</td> 
   <td>终止进程</td> 
   <td>kill的终止信号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SIGSEGV</td> 
   <td>终止进程，并进行内核映像转储</td> 
   <td>无效内存引用，sigmentfault</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SIGTERM</td> 
   <td>终止进程</td> 
   <td>收到终止信号</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 三、忽略信号 ##

因为基本上所有的信号都将会终止接收到该信号的进程。对于简单的进程来说完全足够，但是如果是对于一个大型进程，这将会产生一系列后果。

linux提供提供了signal()函数用来处理接收指定的信号，其函数声明如下：

`int signal (int sig, __sighandler_t handler);`

sig入参是信号枚举值，handler入参则是收到该信号时，会调用handler所指向的函数。

handler处可以传入三种值：SIG\_IGN，表示对sig信号进行忽略；SIG\_DFL，表示恢复该进程对信号的忽略；返回值为整数的函数地址，函数声明类似于int func(int sig);

现在用一段简单示例代码来让进程忽略SIGINT信号

#include "stdio.h"
    #include "unistd.h"
    #include "signal.h"
    
    int main() {
    
        signal(SIGINT, SIG_IGN);
    
        printf("ignore SIGINT\n");
    
        sleep(10);
    
        signal(SIGINT, SIG_DFL);
    
        printf("handle SIGINT\n");
    
        return 0;
    }

编译执行，SIGINT是在终端执行时，使用ctrl+c命令可以对进程发出该信号

feiqianyousadeMacBook-Pro:yousa yousa$ vim signal1.c feiqianyousadeMacBook-Pro:yousa yousa$ clang -Wall signal1.c -o signal1 feiqianyousadeMacBook-Pro:yousa yousa$ ls fork2exec.c signal1.c test.c signal1 test test.dSYM feiqianyousadeMacBook-Pro:yousa yousa$ ./signal1 ignore SIGINT ^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^Chandle SIGINT

这里我们可以看到，进程在忽略SIGINT信号之后，对于常用的ctrl+c退出进程命令已经不起作用了

但是可以尝试下ctrl+\\停止进程的命令

feiqianyousadeMacBook-Pro:yousa yousa$ ./signal1 
    ignore SIGINT
    
    ^C^\Quit: 3

可以看到，ctrl+\\终止进程的命令依然可以终止该进程。

从上面可以了解到

1.  对该信号进行忽略后，进程会忽略收到的该信号
2.  忽略的某种信号，并不会影响进程忽略其他信号

忽略信号、截获信号、同时出现多个信号会如何处理？如何给另一个进程发送信号？

在 Linux 程序中常常利用 SIG\_IGN 和 SIG\_DFL 屏蔽 SIGINT 和 SIGQUIT 来保证执行

## 四、处理信号 ##

其实这里与忽略信号比较类似，忽略信号不过是直接使用系统定义的对信号进行忽略，而我们这里则是自己定义一个函数来捕捉信号，当然写的会很简单

#include "stdio.h"
    #include "unistd.h"
    #include "signal.h"
    
    void catch_sig(int sig) {
        printf("catch the sig : %d\n", sig);
    }
    
    int main() {
        signal(SIGINT, (void (*)(int))catch_sig);
    
        printf("ignore SIGINT\n");
    
        sleep(10);
    
        signal(SIGINT, SIG_DFL);
    
        printf("handle SIGINT\n");
    
        return 0;
    }

注意catch\_sig函数类型需要根据你自己的环境相应进行调整，我是在mac环境上，signal要求入参是这样。

feiqianyousadeMacBook-Pro:yousa yousa$ clang -Wall signal2.c -o signal2
    feiqianyousadeMacBook-Pro:yousa yousa$ ./signal2
    ignore SIGINT
    ^Ccatch the sig : 2
    handle SIGINT

执行，可以看到我们截获到SIGINT信号：）

## 思考 ##

**考虑一种情况，如果进程已经收到了SIGINT信号，现在正在处理该信号，如果又收到了一个SIGINT信号会怎么样呢？如果这时候收到了SIGKILL信号又会怎么样呢？**

这个可以简单试验下，这里这次就留到下次笔记自己再进行试验了。

## PS ##

1.  进程可以向自己发送信号（abort）
2.  SIGKILL。这是一个相当特殊的信号,它从一个进程发送到另一个进程,使接收到该信号的进程 终止。内核偶尔也会发出这种信号。SIGKILL 的特点是,它不能被忽略和捕捉,只能通过 用户定义的相应中断处理程序而处理该信号。因为其它的所有信号都能被忽略和捕捉,所 以只有这种信号能绝对保证终止一个进程
3.  进程给进程发送信号的命令是使用kill函数，我们也可以通过命令行调用kill来给相应进程发送信号（当然基本是kill掉该进程）