Linux|一篇文章徹底搞定信號

由 一口linux 發佈 2022-11-01T19:35:47.010251+00:00

SIGHUP:1號信號，Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process，ation:term。

1.信號是什麼？

信號其實就是一個軟體中斷。

例：

  1. 輸入命令，在Shell下啟動一個前台進程。
  2. 用戶按下Ctrl-C，鍵盤輸入產生一個硬體中斷。
  3. 如果CPU當前正在執行這個進程的代碼，則該進程的用戶空間代碼暫停執行， CPU從用戶態切換到內核態處理硬體中斷。
  4. 終端驅動程序將Ctrl-C解釋成一個SIGINT信號，記在該進程的PCB中（也可以說發送了一個SIGINT信號給該進程）。
  5. 當某個時刻要從內核返回到該進程的用戶空間代碼繼續執行之前，首先處理PCB中記錄的信號，發現有一個SIGINT信號待處理，而這個信號的默認處理動作是終止進程，所以直接終止進程而不再返回它的用戶空間代碼執行。

在這個例子中，由ctrl+c產生的硬體中斷就是一個信號。Ctrl+C產生的信號只能發送給前台進程，命令後加&就可放到後台運行。 Shell可同時運行一個前台進程和任意多個後台進程，只有前台進程才能接受到像CTRL+C這種控制鍵產生的信號。

2.信號的種類

使用命令查看：

kill -l

非可靠信號：1~31號信號，信號可能會丟失 可靠信號：34~64號信號，信號不可能丟失


SIGHUP：1號信號，Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process（在控制終端上掛起信號，或讓進程結束），ation：term

SIGINT：2號信號，Interrupt from keyboard（鍵盤輸入中斷，ctrl + c ），action：term

SIGQUIT：3號信號，Quit from keyboard（鍵盤輸入退出，ctrl+ | ），action：core，產生core dump文件

SIGABRT：6號信號，Abort signal from abort(3)（非正常終止，double free），action：core

SIGKILL：9號信號，Kill signal（殺死進程信號），action：term，該信號不能被阻塞、忽略、自定義處理

SIGSEGV：11號信號，Invalid memory reference（無效的內存引用，解引用空指針、內存越界訪問），action：core

SIGPIPE：13號信號，Broken pipe: write to pipe with no readers（管道中止: 寫入無人讀取的管道，會導致管道破裂），action：term

SIGCHLD：17號信號，Child stopped or terminated（子進程發送給父進程的信號，但該信號為忽略處理的）

SIGSTOP：19號信號，Stop process（停止進程），action：stop

SIGTSTP：20號信號，Stop typed at terminal（終端上發出的停止信號，ctrl + z），action：stop

具體的信號採取的動作和詳細信息可查看：man 7 signal

3.信號的產生

3.1硬體產生

硬體產生即通過終端按鍵產生的信號：

  1. ctrl + c：SIGINT(2)，發送給前台進程，& 進程放到後台運行，fg 把剛剛放到後台的進程，再放到前台來運行
  2. ctrl + z：SIGTSTP(20)，一般不用，除非有特定場景
  3. ctrl + | ：SIGQUIT(3)，產生core dump文件

產生core dump文件的條件：

當前OS一定不要限制core dump文件的大小，ulimit -a
磁碟空間要足夠
如何產生：
3.1 解引用空指針，收到11號信號，產生core dump文件
3.2 內存訪問越界，程序一旦崩潰，就會收到11號信號，也就會產生core dump文件
3.3 double free，收到6號信號，並產生core dump。
3.4 free（NULL），不會崩潰

3.2軟體產生

軟體產生即調用系統函數向進程發信號

  1. kill函數
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
參數解釋：
pid：進程號
sig：要發送的信號值
返回值：成功返回0，失敗返回-1，並設置錯誤
  1. kill命令：kill -[信號] pid，
  2. abort：void abort(void);，收到6號信號，誰調用該函數，誰就收到信號
  3. alarm：unsigned int alarm(unsigned int seconds);，收到14號信號，告訴內核在seconds秒後給進程發送SIGALRM信號，該信號默認處理動作為終止當前進程。

4.信號的註冊

信號註冊又分為可靠信號的註冊和非可靠信號的註冊。 信號註冊實際上是一個位圖和一個sigqueue隊列。

4.1非可靠信號的註冊

當進程收到非可靠信號時：

  1. 將非可靠信號對應的比特位置為1
  2. 添加sigqueue節點到sigqueue隊列當中，但是，在添加sigqueue節點的時候，隊列當中已然有了該信號的sigqueue節點，則不添加

4.2可靠信號的註冊

當進程所受到可靠信號時：

在sig位圖中更改信號對應的比特位為1 不論之前sigqueue隊列中是否存在該信號的sigqueue節點，都再次添加sigqueue節點到sigqueue隊列當中去

5.信號的註銷

5.1非可靠信號的註銷

信號對應的比特位從1置為0 將該信號的sigqueue節點從sigqueue隊列當中進行出隊操作

5.2可靠信號的註銷

將該信號的sigqueue節點從sigqueue隊列當中進行出隊操作 需要判斷sigqueue隊列當中是否還有相同的sigqueue節點： ①沒有了：信號比特位從1置為0 ②還有：不會更改sig位圖中的比特位

6.信號阻塞

6.1信號是怎樣阻塞的？


信號的阻塞，並不會干擾信號的註冊。信號能註冊，但不能被立即處理， 將block位圖中對應的信號比特位置為1，表示阻塞該信號 進程收到該信號，還是一如既往的註冊 當進程進入到內核空間，準備返回用戶空間的時候，調用do_signal函數，就不會立即去處理該信號了 當該信號不被阻塞後，就可以進行處理了

6.2sigprocmask

函數原型：int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); 參數解釋：

how，該做什麼樣的操作
SIG_BLOCK：設置信號為阻塞
SIG_UNBLOCK：解除信號阻塞
SIG_SETMASK：替換阻塞位圖
set：用來設置阻塞位圖
SIG_BLOCK：設置某個信號為阻塞，block（new） = block（old） | set
SIG_UNBLOCK：解除某個信號阻塞，block（new）= block（old） & （~set）
SIG_SETMASK：替換阻塞位圖，block（new）= set
oldset：原來的阻塞位圖

例：下述例子，信號全部被阻塞，採用kill -9，將該進程結束掉

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


void signcallback(int signumber)
{
  printf("change the signal %d\n",signumber);
}

int main()
{
  sigset_t set;
  sigset_t oldset;
  sigfillset(&set);//所有比特位全置為1，則信號全部會被阻塞
  sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oldset);
  while(1)
  {
    sleep(1);
  }

  return 0;
}

結果： 此時發送信號是不會有作用的，採用kill -9強殺掉


7.信號未決

7.1 未決概念

實際執行信號的處理動作稱為信號遞達（Delivery），信號從產生到遞達之間的狀態，稱為信號未決（Pending）。 進程可以選擇阻塞（Block）某個信號。被阻塞的信號產生時將保持在未決狀態，直到進程解除對此信號的阻塞，才執行遞達的動作。注意，阻塞和忽略是不同的，只要信號被阻塞就不會遞達，而忽略是、在遞達之後可選的一種處理動作。

7.2 sigpending

函數原型：int sigpending(sigset_t *set); 讀取當前進程的未決信號集，通過set參數傳出。調用成功返回0，出錯返回-1.

例：

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

void signalcallback(int signumber)
{
  printf("chang signumber %d\n",signumber);
}
void printsigset(sigset_t *set)
{
  int i = 0;
  for(;i < 32;i++)
  {
    if(sigismember(set,i))
    {
      putchar('1');
    }
    else{
      putchar('0');
    }
  }
}

int main()
{
  signal(2,signalcallback);
  signal(10,signalcallback);
  sigset_t set;
  sigset_t oldset;
  sigset_t pending;
  sigfillset(&set);//所有比特位全部置為1，則信號會全部被阻塞
  sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,&oldset);
  while(1)
  {
    sigpending(&pending);
    printsigset(&pending);
    sleep(1);
  }

  return 0;
}

結果：

8.信號的處理方式


每個信號都有兩個標誌位分別表示阻塞和未決，還有一個函數指針表示處理動作。

在上述例子中：

  1. SIGHUP信號未阻塞也未產生過，當它遞達時執行默認處理動作。
  2. SIGINT信號產生過，但正在被阻塞，所以暫時不能遞達。雖然它的處理動作是忽略，但在沒有解除阻塞之前不能忽略這個信號，因為進程仍有機會改變處理動作之後再解除阻塞。
  3. SIGQUIT信號未產生過，一旦產生SIGQUIT信號將被阻塞，它的處理動作是用戶自定義函數sighandler。

8.1signal函數

該函數可以更改信號的處理動作。

typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
參數解釋：

signum：更改的信號值
handler：函數指針，要更改的動作是什麼

實際上，該函數內部也調用了sigaction函數。

8.2sigaction函數

讀取和修改與指定信號相關聯的處理動作。

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

參數解釋：

signum：待更改的信號值

struct sigaction結構體：

void     (*sa_handler)(int);//函數指針，保存了內核對信號的處理方式
void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);//
sigset_t   sa_mask;//保存的是當進程在處理信號的時候，收到的信號
int        sa_flags;//SA_SIGINFO，OS在處理信號的時候，調用的就是sa_sigaction函數指針當中
//保存的值0，在處理信號的時候，調用sa_handler保存的函數
void     (*sa_restorer)(void);

例：

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

void signcallback(int signumber)
{
  printf("change signumber %d\n",signumber);
}


int main()
{
  struct sigaction act;//act為入參
  sigemptyset(&act.sa_mask);
  act.sa_flags = 0;
  act.sa_handler = signcallback;

  struct sigaction oldact;//oldact為出參
  sigaction(3,&act,&oldact);
  while(1)
  {
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

結果：

8.3 自定義信號處理的流程


  1. task_struct結構體中有一個struct sighand_struct結構體。
  2. struct sighand_struct結構體有一個**struct k_sigaction action[_NSIG]**結構體數組。
  3. 該數組中，其中的**_sighandler_t sa_handler**保存的是信號的處理方式，通過改變其指向，可以實現我們對自定義信號的處理。

9.信號的捕捉

9.1信號捕捉的條件

如果信號的處理動作是用戶自定義函數，在信號遞達時就調用這個函數，這就稱為信號捕捉。

9.2信號捕捉流程


內核態返回用戶態會調用do_signal函數，兩種情況：

  1. 無信號：sys_return函數，返回用戶態
  2. 有信號：先處理信號，信號返回，再調用do_signal函數 例：
  3. 程序註冊了SIGQUIT信號的處理函數sighandler。
  4. 當前正在執行main函數，這時發生中斷或異常切換到內核態。
  5. 在中斷處理完畢後要返回用戶態的main函數之前檢查到有信號SIGQUIT遞達。
  6. 內核決定返回用戶態後不是恢復main函數的上下文繼續執行，而是執行sighandler函數， sighandler和main函數使用不同的堆棧空間，它們之間不存在調用和被調用的關係，是兩個獨立的控制流程。
  7. sighandler函數返回後自動執行特殊的系統調用sigreturn再次進入內核態。
  8. 如果沒有新的信號要遞達，這次再返回用戶態就是恢復main函數的上下文繼續執行了。

10.常用信號集操作函數

int sigemptyset(sigset_t *set);：//將比特位圖全置為0

int sigfillset(sigset_t *set);//將比特位圖全置為1

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);//將該set位圖，多少號信號置為1

int sigdelset(sigset_t *set, int signum);//將該set位圖，多少號信號置為0

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);//信號signum是否是set位圖中的信號

11.SIGCHLD信號

該信號是子進程在結束是發送給父進程的信號，但是該信號的處理方式是默認處理的。 父進程對子進程發送過來的SIGCHLD信號進行了忽略處理，就會導致子進程成為殭屍進程。

可以自定義該信號的處理方式：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

void signcallback(int signumber)
{
  printf("change signal %d\n",signumber);
  wait(NULL);
}

int main()
{
  signal(17,signcallback);
  pid_t pid = fork();
  if(pid < 0)
  {
    perror("fork");
    return -1;
  }
  else if(pid == 0)
  {
    printf("I am child\n");
    sleep(1);
    exit(12);
  }
  else{
    while(1)
    {
      sleep(1);
    }
  }
  return 0;
}

指令查看後台：ps aux | grep ./fork


原文地址： https://blog.csdn.net/w903414/article/details/109802539?utm_source=app&app_version=4.18.0&utm_source=app

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