目录

1.信号入门

1.1生活角度的信号

1.2技术应用角度的信号

1.3注意

1.4信号概念

1.5用kill -l命令可以查看系统定义的信号列表

1.6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

2.2调用系统函数向进程发信号

2.3由软件条件产生信号

2.4硬件异常产生信号

3.信号捕捉初始

4.模拟一下野指针异常

5.总结

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1.信号入门

1.1生活角度的信号

• 你在网上买了很多件商品，再等待不同商品快递的到来。但即便快递没有到来，你也知道快递来临时，你该怎么处理快递。也就是你能“识别快递”
• 当快递员到了你楼下，你也收到快递到来的通知，但是你正在打游戏，需5min之后才能去取快递。那么在在这5min之内，你并没有下去去取快递，但是你是知道有快递到来了。也就是取快递的行为并不是一定要立即执行，可以理解成“在合适的时候去取”。
• 在收到通知，再到你拿到快递期间，是有一个时间窗口的，在这段时间，你并没有拿到快递，但是你知道有一个快递已经来了。本质上是你“记住了有一个快递要去取”当你时间合适，顺利拿到快递之后，就要开始处理快递了。而处理快递一般方式有三种：1. 执行默认动作（幸福的打开快递，使用商品）2. 执行自定义动作（快递是零食，你要送给你你的女朋友）3. 忽略快递（快递拿上来之后，扔掉床头，继续开一把游戏）
• 快递到来的整个过程，对你来讲是异步的，你不能准确断定快递员什么时候给你打电话

1.2技术应用角度的信号

前提知识：Linux中，一次登录中，一个终端，一般会配上一个bash，每一个登录，只允许一个进程是前台进程，可以允许多个进程是后台进程

用户输入命令，在Shell下启动一个前台进程。

例如：用户按Ctrl+c，这个键盘会产生一个硬件中断，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（ctrl+c本质是被进程解释成为收到了信号，2号信号SIGINT）

1.3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不必等待进程结束就可以接收新的命令，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

1.4信号概念

信号是计算机中用于通知进程发生特定事件的一种机制，可以来自操作系统、硬件设备或其他程序。常见信号包括中断、错误和退出信号等。信号机制用于进程间通信、异常处理和事件通知。

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断(软中断是由CPU执行的一种特殊的中断，它是由CPU内部的软件指令触发的，而不是由硬件设备产生的。软中断用于在不影响系统整体性能的情况下实现内核和用户空间之间的通信和数据传递。)

1.5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，例如其中有定义#define SIGINT 2
• 编号34以上的是实时信号（与标准信号不同，实时信号通过排队机制确保信号不会丢失，并能按优先级处理，从而满足实时性要求。），我们重点讨论编号34以下的信号，不讨论实时信号。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

1.6信号处理常见方式概览

(sigaction函数稍后详细介绍)，可选的处理当作有以下三种：

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(Catch)一个信号

2.产生信号

2.1通过终端按键产生信号

SIGINT的默认处理动作是终止进程，SIGQUIT的默认处理动作是终止进程并且Core Dump，现在我们来验证一下。

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ulimit命令改变这个限制，允许产生core文件。首先用ulimit命令改变Shell进程的Resource Limit，允许core文件最大位1024K：$ ulimit -c 1024

然后写一个死循环

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("pid is : %d\n",getpid());
    while(1);
    return 0;
}

前台运行这个程序，然后在终端键入Ctrl-\

ulimit命令改变了Shell进程的Resource Limit，test进程的PCB由Shell进程复制而来，所以也具有和Shell进程相同的Resource Limit值，这样就可以产生Core Dump了。使用core文件：

2.2调用系统函数向进程发信号

首先在后台执行死循环程序，然后用kill命令给它发SIGSEGV信号

• 5154是test进程的id。之所以要再次回车才显示Segmentation fault，是因为在5154进程终止掉之间已经回到了Shell提示符等待用户输入下一条命令，Shell不希望Segmentation fault信息和用户的输入交错在一起，所以等用户输入命令之后才显示
• 指定发送某种信号的kill命令可以有多种写法，上面的命令还可以写成kill -11 5154，11是信号SIGSEGV的编号。以往遇到的段错误都是非法内存访问产生的，而这个程序本身没错，给它发SIGSEGV也能产生段错误。

kill命令是调用kill函数实现的。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(自己给自己发信号)。

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

abort函数使当前进程接收到信号而异常终止。

#include <stdlib.h>

void abort(void);

就像exit函数一样，abort函数总是会成功的，所以没有返回值。

2.3由软件条件产生信号

SIGPIPE是一种由软件条件产生的信号，在“管道”中已经介绍过了。现在主要介绍alarm函数和SIGALRM信号

#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秒之后给当前进程发SIGALRM信号，该信号的默认处理动作是终止当前进程。

这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。打个比方，某人要小睡一觉，设定闹钟为30分钟之后响，20分钟后被人吵醒，还想多睡一会儿，于是重新设定闹钟为15分钟之后响，“以前设定的闹钟时间还余下的时间”就是10分钟。如果seconds值为0，表示取消以前设定的闹钟，函数的返回值仍然是以前设定的闹钟还余下的秒数

例alarm

这个程序的作用是1秒钟之内不停的数数，1秒钟到了就被SIGALRM信号终止。

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。

3.信号捕捉初始

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

void handler(int sig)
{
    printf("catch a sig : %d\n",sig);
}

int main()
{
    signal(2,handler);//前面提到过，信号是可以被自定义捕捉的，signal函数就是用来进行信号捕捉的，提前解释一下
    while(1);
    return 0;
}

4.模拟一下野指针异常

int main()
{
    sleep(1);
    int *p = NULL;
    *p = 100;
    
    while(1);
    return 0;
}

捕捉行为

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

void handler(int sig)
{
    printf("catch a sig : %d\n",sig);
}

int main()
{
    signal(SIGSEGV,handler);
    sleep(1);
    int *p = NULL;
    *p = 100;
    
    while(1)
    {
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

由此可以确认，我们再C/C++当中除0，内存越界等异常，在系统层面上，是被当成信号处理的。

5.总结

• 上面所说的所有信号产生，最终要都有OS来进行执行，为什么？OS是进程的管理者
• 信号的处理是否是立即处理的？在合适的时候
• 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？(是的，未被立即处理的信号需要被进程暂时记录。最合适的记录位置是进程控制块（PCB）中的信号屏蔽字（信号掩码）和未决信号集。信号屏蔽字标记哪些信号被阻塞，未决信号集则记录已发生但尚未处理的信号，确保进程后续能按优先级等规则依次处理)
• 一个进程在没有受到信号的时候，是否能知道，自己应该对合法信号作何处理？（能进程在创建时会继承默认的信号处理方式（如忽略、终止、暂停等），也可通过系统调用（如 signal ()、sigaction ()）主动设置对特定信号的处理函数。这些处理规则存储在进程控制块（PCB）中，即使未收到信号，进程也通过 PCB 知晓自身对合法信号的预设处理方式）
• 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？(下图，答案来源于豆包 非常详细)