一，引言

本章节主要从信号的产生，信号的保存，信号的处理这几个方面深处解析。一个信号从发出到操作系统是一步步如何处理的这个过程。

二，信号的产生

信号产生的方式有非常多，在之前使用xshell中当进程出现卡死的状况时，经常使用(ctrl +c)来结束进程。这个过程就是给进程发送信号。首先为了可视化信号的这个过程，介绍信号的第一个函数，修改信号的默认处理动作：signal；如下：

#include <signal.h>
// signum：要处理的信号（如SIGINT、SIGTERM）
// handler：信号处理函数/处理方式
void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

这个函数会修改指定信号的默认执行方式，如上述第二个参数，通过函数指针的形式执行指定的函数，进而不执行默认的函数方法。如下：

当运行进程时，原本ctrl +c会结束进程。此时并没有结束，而是执行了修改后的函数方法。

1，前后台进程

在Linux操作系统中，进程是分前台进程和后台进程的区别的，由于一款操作系统会在运行是会产生多个进程，与之对应的键盘等等只有一个，为此Linux操作系统进行前后进程的区分。前台进程只有一个，可以接收键盘的输入等等；后台进程可以有多个但是不能接收键盘的输入。

在之前学的孤儿进程中，使用ctrl+z就不能杀掉该进程，由于该进程自动被提取的后台，无法接收的指定的信号。下面接收几个关于前后台进程查看和切换的方法：

查看后台的所有任务：

jobs

fg+任务号：将指定进程提到前台

fg

ctrl+z：将进程切换到后台

2，信号产生的方式

首先就是上文中讲到的键盘输入的方式。其次系统输入，操作系统提供了系统接口，可以进行产生信号。函数原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig)

向指定的pid发送信号。

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#include <signal.h>
int raise(int sig);

自己给自己发送信号.

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硬件异常产生信号，当进程进程除0，空指针访问等等时，直接程序崩溃。本质上也是操作系统给进程发送信号 使得程序结束。最后还可以由于软件条件来产生信号。在之前管道的学习中由于读端关闭，写端继续的情况下，操作系统就会给进程发送信号使得写端结束。这就是一种由于软件条件来引起的信号的产生方式。下面介绍一个闹钟函数--alarm

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

seconds：当进程等待对应的秒数，会发送向对应的信号，默认是14号信号。可以在同一个进行进程重复设置，若上一个alarm函数没有执行就设置新的alarm函数。alarm函数会返回相对于的差值。

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总结：信号的产生是有多种方式的大致包含以下五种情况：键盘，系统调用，系统命令，软件条件，硬件异常。

三，信号的保存

在操作系统给某个进程发送信号，实际上就是修改用于控制信号这个结构体对于的值。也就是说，进程内部是有专属于管理信号对于的结构体的。在进程的PCB中中存放这以下三个表：

大致就可以理解位这是三个数组，第一个block表述是否被阻塞。pending表示是否接收这个信号。handler就是指向对应的默认处理方法。因此产生信号之后，会修改对应的pending的比特位。进行进程也就接收到了这个信号。因此，操作系统中有一个类型专门负责这种信号的存储类型--sigset_t类型。对于这种类型，每一个bit位数代表一种信号是否存在。因此在使用这种变量时必须要先对该变量进行初始化操作，以及赋值等等。下面就介绍一些用于修改pending这个类型的方法：

#include <signal.h> 
int sigemptyset(sigset_t *set); 
int sigfillset(sigset_t *set); 
int sigaddset(sigset_t *set, int signo); 
int sigdelset(sigset_t *set, int signo); 
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);

1，函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表⽰该信号集不包含 任何有效信号。

2，函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表⽰该信号集的有效信号 包括系统⽀持的所有信号。

3，在指定的信号集添加某种信号。

4，在指定的信号集中删除某种信号

5，相当于查找该信号集中是否存在指定有效的信号

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在对于的block表中，最主要就是修改对于的信号是否处于阻塞情况，函数介绍如下：

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);  
返回值:若成功则为0,若出错则为-1

这个函数就相当于是一种替换的功能。

how：表述替换方式类似于权限中的umask，规则如下：

一般来说，都是选择最后一种。

set：表述替换的信号集

oset：表述原本没有被替换的信号集，如何替换错误等等，可以使用该变量将原本的信号集保存在这个变量中。

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四，信号的处理

上述讲述了信号的产生，信号的保存，那么操作系统对于产生的信号是如何进行处理的呢，在什么时候进行处理的呢，这时候就要引出第一个概念：用户态和内核态，如下图：

其中上半部分叫做用户态，下半部分叫做内核态。信号就是在内核态返回用户态这个过程中进行查看handler表进行处理。在理解中断之前要讲解一个话题：硬件中断

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1，硬件中断

其中这里的中断向量表本身就是操作系统的一部分，当主机刚刚启动就会被加载到内存中。硬件中断就是当外部设备准备就绪时，会向中断控制器发起中断，这时中断控制器就会通知CPU，这个外部设备已经准备好啦，这时CPU就会向中断控制器，获取中断号，进而执行对应的中断处理方法。最终结束。

2，时钟中断

上述的中断都是基于硬件进行完成，但是在没有其他硬件进行中断，操作系统也要进行处理事物，这时，为了解决这类问题，工程师直接将一个硬件--时钟嵌套进入CPU内部，以固定的频率进行执行中断。因此操作系统本质上就是一个死循环，不断的进行中断来检查有没有事物要进行处理。

3，软中断

上述本质上来说还是硬件，除了硬件之外还有软件，在操作系统中为了支持系统调用，CPU也设计了对应的汇编代码，使得CPU执行中断逻辑。

也就是说操作系统本身并不提供任何的系统调用接口，只提供系统调用号。以前所使用的系统调用接口全部都是经过封装过的。

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五，总结

本质来说，操作系统首先会在用户层执行对应的代码，当涉及到信号时，会修改进程PCB对应的控制信号的结构体。而操作系统本身通过中断的形式会由用户态进入内核态，在检查内核态工作完成之后，会检查信号的数组，看有没有需要执行的信号，若有就会从内核态跳转进入用户态。执行对应函数。之后返回内核态，重复检查。若没有则返回用户态继续执行对应的代码。