linux c之信号signal处理机制

分手后的思念是犯贱 2022-05-15 03:56 409阅读 0赞

[https://blog.csdn.net/u011068702/article/details/54602566][https_blog.csdn.net_u011068702_article_details_54602566]

最近同事的程序设计过程中用到了[Linux][]的signal机制，从而引发了我对Linux中signal机制的思考。Signal机制在Linux中是一个非常常用的进程间通信机制，很多人在使用的时候不会考虑该机制是具体如何实现的。signal机制可以被理解成进程的软中断，因此，在实时性方面还是相对比较高的。Linux中signal机制的模型可以采用下图进行描述。

![Center][]

个进程都会采用一个进程控制块对其进行描述，进程控制块中设计了一个signal的位图信息，其中的每位与具体的signal相对应，这与中断机制是保持一致的。当系统中一个进程A通过signal系统调用向进程B发送signal时，设置进程B的对应signal位图，类似于触发了signal对应中断。发送signal只是“中断”触发的一个过程，具体执行会在两个阶段发生：

1、 system call返回。进程B由于调用了system call后，从内核返回用户态时需要检查他拥有的signal位图信息表，此时是一个执行点。

2、 中断返回。进程被系统中断打断之后，系统将CPU交给进程时，需要检查即将执行进程所拥有的signal位图信息表，此时也是一个执行点。

综上所述，signal的执行点可以理解成从内核态返回用户态时，在返回时，如果发现待执行进程存在被触发的signal，那么在离开内核态之后（也就是将CPU切换到用户模式），执行用户进程为该signal绑定的signal处理函数，从这一点上看，signal处理函数是在用户进程上下文中执行的。当执行完signal处理函数之后，再返回到用户进程被中断或者system call（软中断或者指令陷阱）打断的地方。

Signal机制实现的比较灵活，用户进程由于中断或者system call陷入内核之后，将断点信息都保存到了堆栈中，在内核返回用户态时，如果存在被触发的signal，那么直接将待执行的signal处理函数push到堆栈中，在CPU切换到用户模式之后，直接pop堆栈就可以执行signal处理函数并且返回到用户进程了。Signal处理函数应用了进程上下文，并且应用实际的中断模拟了进程的软中断过程。

最近写程序，各种bug各种错，有一回程序莫名退出，没报错，也没产生日志和core文件，貌似正常退出一样。

但又不是在程序全部走完后退出，中途莫名退出，这就叫我想到了signal，应该是某些函数错误后发送kill信号给主进程，然后退出。

现在总结下signal各种类型：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> Signal </td> 
 <td> Description </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGABRT </td> 
 <td> 由调用abort函数产生，进程非正常退出 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGALRM </td> 
 <td> 用alarm函数设置的timer超时或setitimer函数设置的interval timer超时 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGBUS </td> 
 <td> 某种特定的硬件异常，通常由内存访问引起 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGCANCEL </td> 
 <td> 由Solaris Thread Library内部使用，通常不会使用 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGCHLD </td> 
 <td> 进程Terminate或Stop的时候，SIGCHLD会发送给它的父进程。缺省情况下该Signal会被忽略 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGCONT </td> 
 <td> 当被stop的进程恢复运行的时候，自动发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGEMT </td> 
 <td> 和实现相关的硬件异常 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGFPE </td> 
 <td> 数学相关的异常，如被0除，浮点溢出，等等 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGFREEZE </td> 
 <td> Solaris专用，Hiberate或者Suspended时候发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGHUP </td> 
 <td> 发送给具有Terminal的Controlling Process，当terminal被disconnect时候发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGILL </td> 
 <td> 非法指令异常 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGINFO </td> 
 <td> BSD signal。由Status Key产生，通常是CTRL+T。发送给所有Foreground Group的进程 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGINT </td> 
 <td> 由Interrupt Key产生，通常是CTRL+C或者DELETE。发送给所有ForeGround Group的进程 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGIO </td> 
 <td> 异步IO事件 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGIOT </td> 
 <td> 实现相关的硬件异常，一般对应SIGABRT </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGKILL </td> 
 <td> 无法处理和忽略。中止某个进程 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGLWP </td> 
 <td> 由Solaris Thread Libray内部使用 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGPIPE </td> 
 <td> 在reader中止之后写Pipe的时候发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGPOLL </td> 
 <td> 当某个事件发送给Pollable Device的时候发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGPROF </td> 
 <td> Setitimer指定的Profiling Interval Timer所产生 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGPWR </td> 
 <td> 和系统相关。和UPS相关。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGQUIT </td> 
 <td> 输入Quit Key的时候（CTRL+\）发送给所有Foreground Group的进程 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGSEGV </td> 
 <td> 非法内存访问 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGSTKFLT </td> 
 <td> Linux专用，数学协处理器的栈异常 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGSTOP </td> 
 <td> 中止进程。无法处理和忽略。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGSYS </td> 
 <td> 非法系统调用 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGTERM </td> 
 <td> 请求中止进程，kill命令缺省发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGTHAW </td> 
 <td> Solaris专用，从Suspend恢复时候发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGTRAP </td> 
 <td> 实现相关的硬件异常。一般是调试异常 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGTSTP </td> 
 <td> Suspend Key，一般是Ctrl+Z。发送给所有Foreground Group的进程 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGTTIN </td> 
 <td> 当Background Group的进程尝试读取Terminal的时候发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGTTOU </td> 
 <td> 当Background Group的进程尝试写Terminal的时候发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGURG </td> 
 <td> 当out-of-band data接收的时候可能发送 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGUSR1 </td> 
 <td> 用户自定义signal 1 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGUSR2 </td> 
 <td> 用户自定义signal 2 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGVTALRM </td> 
 <td> setitimer函数设置的Virtual Interval Timer超时的时候 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGWAITING </td> 
 <td> Solaris Thread Library内部实现专用 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGWINCH </td> 
 <td> 当Terminal的窗口大小改变的时候，发送给Foreground Group的所有进程 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGXCPU </td> 
 <td> 当CPU时间限制超时的时候 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGXFSZ </td> 
 <td> 进程超过文件大小限制 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SIGXRES </td> 
 <td> Solaris专用，进程超过资源限制的时候发送 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**signal对应的值：**

**POSIX.1中列出的信号：**

SIGHUP 1 A 终端挂起或者控制进程终止  
SIGINT 2 A 键盘中断（如break键被按下）  
SIGQUIT 3 C 键盘的退出键被按下  
SIGILL 4 C 非法指令  
SIGABRT 6 C 由abort(3)发出的退出指令  
SIGFPE 8 C 浮点异常  
SIGKILL 9 AEF Kill信号  
SIGSEGV 11 C 无效的内存引用  
SIGPIPE 13 A 管道破裂: 写一个没有读端口的管道  
SIGALRM 14 A 由alarm(2)发出的信号  
SIGTERM 15 A 终止信号  
SIGUSR1 30,10,16 A 用户自定义信号1  
SIGUSR2 31,12,17 A 用户自定义信号2  
SIGCHLD 20,17,18 B 子进程结束信号  
SIGCONT 19,18,25 进程继续（曾被停止的进程）  
SIGSTOP 17,19,23 DEF 终止进程  
SIGTSTP 18,20,24 D 控制终端（tty）上按下停止键  
SIGTTIN 21,21,26 D 后台进程企图从控制终端读  
SIGTTOU 22,22,27 D 后台进程企图从控制终端写

**没在POSIX.1中列出，而在SUSv2列出**

SIGBUS 10,7,10 C 总线错误(错误的内存访问)  
SIGPOLL A Sys V定义的Pollable事件，与SIGIO同义  
SIGPROF 27,27,29 A Profiling定时器到  
SIGSYS 12,-,12 C 无效的系统调用 (SVID)  
SIGTRAP 5 C 跟踪/断点捕获  
SIGURG 16,23,21 B Socket出现紧急条件(4.2 BSD)  
SIGVTALRM 26,26,28 A 实际时间报警时钟信号(4.2 BSD)  
SIGXCPU 24,24,30 C 超出设定的CPU时间限制(4.2 BSD)  
SIGXFSZ 25,25,31 C 超出设定的文件大小限制(4.2 BSD)

（对于SIGSYS，SIGXCPU，SIGXFSZ，以及某些机器体系结构下的SIGBUS，Linux缺省的动作是A (terminate)，SUSv2 是C (terminate and dump core)）。

**下面是其它的一些信号**   
  
信号 值 处理动作 发出信号的原因  
\----------------------------------------------------------------------  
SIGIOT 6 C IO捕获指令，与SIGABRT同义  
SIGEMT 7,-,7  
SIGSTKFLT -,16,- A 协处理器堆栈错误  
SIGIO 23,29,22 A 某I/O操作现在可以进行了(4.2 BSD)  
SIGCLD -,-,18 A 与SIGCHLD同义  
SIGPWR 29,30,19 A 电源故障(System V)  
SIGINFO 29,-,- A 与SIGPWR同义  
SIGLOST -,-,- A 文件锁丢失  
SIGWINCH 28,28,20 B 窗口大小改变(4.3 BSD, Sun)  
SIGUNUSED -,31,- A 未使用的信号(will be SIGSYS)  
  
（在这里，- 表示信号没有实现；有三个值给出的含义为，第一个值通常在Alpha和Sparc上有效，中间的值对应i386和ppc以及sh，最后一个值对应mips。信号29在Alpha上为SIGINFO / SIGPWR ，在Sparc上为SIGLOST。）  
  
**处理动作一项中的字母含义如下**   
A 缺省的动作是终止进程  
B 缺省的动作是忽略此信号  
C 缺省的动作是终止进程并进行内核映像转储（dump core）  
D 缺省的动作是停止进程  
E 信号不能被捕获  
F 信号不能被忽略

代码测试

1. `#include<stdio.h>`
2. `#include<signal.h>`
3. `#include<unistd.h>`
4. `#include<stdlib.h>`
5. `void when_alarm();`
6. `void when_sigint();`
7. `void when_sigchld(int);`
8. `void when_sigusr1();`
9. `void when_sigio();`
10. `int main()`
11. `{`
12. `int childpid;//子程序进程ID号`
13. `printf("程序已经开始运行，5秒钟后将接收到时钟信号。/n");`
14. `if ((childpid=fork())>0)//父进程`
15. `{`
16. `signal(SIGALRM,when_alarm); //当接收到SIGALRM信号时，调用when_alarm函数`
17. `signal(SIGINT,when_sigint); //当接收到SIGINT信号时，调用when_sigint函数`
18. `signal(SIGCHLD,when_sigchld);//当接收到SIGCHLD信号时，调用when_sigchld函数`
19. `signal(SIGUSR1,when_sigusr1);//当接收到SIGUSR1信号时，调用when_sigusr1函数`
20. `signal(SIGIO,when_sigio);//当接收到SIGIO信号时，调用when_sigio函数`
21. `alarm(5); //5秒钟之后产生SIGALRM信号`
22. `raise(SIGIO); //向自己发送一个SIGIO信号`
23. `pause(); //将父进程暂停下来，等待SIGALRM信号到来`
24. `pause(); //将父进程暂停下来，等待SIGUSR1信号到来`
25. `pause(); //将父进程暂停下来，等待SIGCHLD信号到来`
26. `printf("------此时程序会停下来等待，请按下ctrl+c送出SIGINT信号-------/n");`
27. `pause(); //将父进程暂停下来，等待SIGINT信号到来`
28. `}`
29. `else if(childpid==0) //子进程`
30. `{`
31. `int timer;`
32. `for(timer=7;timer>=0;timer--) //时钟计时5秒产生SIGALRM信号，再过2秒子进程退出，产生SIGCHLD信号`
33. `{`
34. `if(timer>2)`
35. `printf("距离SIGALRM信号到来还有%d秒。/n",timer-2);`
36. `if(timer==4)`
37. `kill(getppid(),SIGUSR1); //向父进程发送一个SIGUSR1信号`
38. `if((timer<=2)&&(timer>0))`
39. `printf("子进程还剩%d秒退出，届时会产生SIGCHLD信号。/n",timer);`
40. `if(timer==0) //子进程退出，产生SIGCHLD信号`
41. `raise(SIGKILL); //子进程给自己发一个结束信号`
42. `sleep(1); //每个循环延时1秒钟`
43. `}`
44. `}`
45. `else`
46. `printf("fork()函数调用出现错误！/n");`
47. `return 0;`
48. `}`
49. `void when_alarm()`
50. `{`
51. `printf("5秒钟时间已到，系统接收到了SIGALRM信号！/n");`
52. `}`
53. `void when_sigint()`
54. `{`
55. `printf("已经接收到了SIGINT信号，程序将退出！/n");`
56. `exit(0);`
57. `}`
58. `void when_sigchld(int SIGCHLD_num)`
59. `{`
60. `printf("收到SIGCHLD信号，表明我的子进程已经中止，SIGCHLD信号的数值是：%d。/n",SIGCHLD_num);`
61. `}`
62. `void when_sigusr1()`
63. `{`
64. `printf("系统接收到了用户自定义信号SIGUSR1。/n");`
65. `}`
66. `void when_sigio()`
67. `{`
68. `printf("系统接收到了SIGIO信号。/n");`
69. `}`

[https_blog.csdn.net_u011068702_article_details_54602566]: https://blog.csdn.net/u011068702/article/details/54602566
[Linux]: http://lib.csdn.net/base/linux
[Center]: /images/20220515/e828be02e32a4606afc354b6e01a1487.png