搬运｜理解 Linux 的信号（signal）机制
文章转自：Linux 信号（signal）机制 - Gityuan博客，排版经过重新整理。
信号（signal）是一种软中断，信号机制是进程间通信的一种方式，采用异步通信方式
信号类型
Linux 系统共定义了 64 种信号，分为两大类：可靠信号与不可靠信号，前 32 种信号为不可靠信号，后 32 种为可靠信号。
概念
不可靠信号： 也称为非实时信号，不支持排队，信号可能会丢失, 比如发送多次相同的信号, 进程只能收到一次. 信号值取值区间为 1 ~ 31；
可靠信号： 也称为实时信号，支持排队, 信号不会丢失, 发多少次, 就可以收到多少次. 信号值取值区间为 32~64
信号表
在终端，可通过 kill -l 查看所有的 signal 信号
| 值 | 名称 | 解释 | 默认动作 |
|---|---|---|---|
| 1 | SIGHUP |
挂起 | |
| 2 | SIGINT |
中断 | |
| 3 | SIGQUIT |
退出 | |
| 4 | SIGILL |
非法指令 | |
| 5 | SIGTRAP |
断点或陷阱指令 | |
| 6 | SIGABRT |
abort 发出的信号 | |
| 7 | SIGBUS |
非法内存访问 | |
| 8 | SIGFPE |
浮点异常 | |
| 9 | SIGKILL |
kill 信号 | 不能被忽略、处理和阻塞 |
| 10 | SIGUSR1 |
用户信号 1 | |
| 11 | SIGSEGV |
无效内存访问 | |
| 12 | SIGUSR2 |
用户信号 2 | |
| 13 | SIGPIPE |
管道破损，没有读端的管道写数据 | |
| 14 | SIGALRM |
alarm 发出的信号 | |
| 15 | SIGTERM |
终止信号 | |
| 16 | SIGSTKFLT |
栈溢出 | |
| 17 | SIGCHLD |
子进程退出 | 默认忽略 |
| 18 | SIGCONT |
进程继续 | |
| 19 | SIGSTOP |
进程停止 | 不能被忽略、处理和阻塞 |
| 20 | SIGTSTP |
进程停止 | |
| 21 | SIGTTIN |
进程停止，后台进程从终端读数据时 | |
| 22 | SIGTTOU |
进程停止，后台进程想终端写数据时 | |
| 23 | SIGURG |
I/O 有紧急数据到达当前进程 | 默认忽略 |
| 24 | SIGXCPU |
进程的 CPU 时间片到期 | |
| 25 | SIGXFSZ |
文件大小的超出上限 | |
| 26 | SIGVTALRM |
虚拟时钟超时 | |
| 27 | SIGPROF |
profile 时钟超时 | |
| 28 | SIGWINCH |
窗口大小改变 | 默认忽略 |
| 29 | SIGIO |
I/O 相关 | |
| 30 | SIGPWR |
关机 | 默认忽略 |
| 31 | SIGSYS |
系统调用异常 |
对于 signal 信号，绝大部分的默认处理都是终止进程或停止进程，或 dump 内核映像转储。上述的 31 个信号为非实时信号，其他的信号 32-64 都是实时信号。
信号产生
信号来源分为硬件类和软件类：
硬件方式
-
用户输入：比如在终端上按下组合键 Ctrl+C，产生
SIGINT信号； -
硬件异常：CPU 检测到内存非法访问等异常，通知内核生成相应信号，并发送给发生事件的进程；
软件方式
-
通过系统调用，发送 signal 信号：
kill()，raise()，sigqueue()，alarm()，setitimer()，abort() -
Kernel，使用
kill_proc_info()等 -
Native，使用
kill()或者raise()等 -
Java，使用
Procees.sendSignal()等
信号注册和注销
注册
在进程 task_struct 结构体中有一个未决信号的成员变量 struct sigpending pending。每个信号在进程中注册都会把信号值加入到进程的未决信号集。
-
非实时信号发送给进程时，如果该信息已经在进程中注册过，不会再次注册，故信号会丢失；
-
实时信号发送给进程时，不管该信号是否在进程中注册过，都会再次注册。故信号不会丢失；
注销
-
非实时信号：不可重复注册，最多只有一个 sigqueue 结构；当该结构被释放后，把该信号从进程未决信号集中删除，则信号注销完毕；
-
实时信号：可重复注册，可能存在多个 sigqueue 结构；当该信号的所有 sigqueue 处理完毕后，把该信号从进程未决信号集中删除，则信号注销完毕；
信号处理
内核处理进程收到的 signal 是在当前进程的上下文，故进程必须是 Running 状态。当进程唤醒或者调度后获取 CPU，则会从内核态转到用户态时检测是否有 signal 等待处理，处理完，进程会把相应的未决信号从链表中去掉。
处理时机
signal 信号处理时机： 内核态 -> signal 信号处理 -> 用户态：
-
在内核态，signal 信号不起作用；
-
在用户态，signal 所有未被屏蔽的信号都处理完毕；
-
当屏蔽信号，取消屏蔽时，会在下一次内核转用户态的过程中执行；
处理方式
进程对信号的处理方式有 3 种：
-
默认：接收到信号后按默认的行为处理该信号。 这是多数应用采取的处理方式
-
自定义：用自定义的信号处理函数来执行特定的动作
-
忽略：接收到信号后不做任何反应。
信号安装
进程处理某个信号前，需要先在进程中安装此信号。安装过程主要是建立信号值和进程对相应信息值的动作。
信号安装函数：
signal()：不支持信号传递信息，主要用于非实时信号安装；sigaction()：支持信号传递信息，可用于所有信号安装；
其中 sigaction 结构体：
-
sa_handler：信号处理函数 -
sa_mask：指定信号处理程序执行过程中需要阻塞的信号； -
sa_flags：标示位-
SA_RESTART：使被信号打断的 syscall 重新发起。 -
SA_NOCLDSTOP：使父进程在它的子进程暂停或继续运行时不会收到SIGCHLD信号。 -
SA_NOCLDWAIT：使父进程在它的子进程退出时不会收到SIGCHLD信号，这时子进程如果退出也不会成为僵 尸进程。 -
SA_NODEFER：使对信号的屏蔽无效，即在信号处理函数执行期间仍能发出这个信号。 -
SA_RESETHAND：信号处理之后重新设置为默认的处理方式。 -
SA_SIGINFO：使用sa_sigaction成员而不是sa_handler作为信号处理函数。
-
函数原型：
1 |
|
-
signum：要操作的 signal 信号。
-
act：设置对 signal 信号的新处理方式。
-
oldact：保存原来对信号的处理方式。
-
返回值：
0表示成功，-1表示有错误发生。
信号发送
-
kill()：用于向进程或进程组发送信号； -
sigqueue()：只能向一个进程发送信号，不能像进程组发送信号；主要针对实时信号提出，与sigaction()组合使用，当然也支持非实时信号的发送； -
alarm()：用于调用进程指定时间后发出SIGALRM信号； -
setitimer()：设置定时器，计时达到后给进程发送SIGALRM信号，功能比 alarm 更强大； -
abort()：向进程发送SIGABRT信号，默认进程会异常退出。 -
raise()：用于向进程自身发送信号；
信号相关函数
信号集操作函数：
-
sigemptyset(sigset_t *set)：信号集全部清 0； -
sigfillset(sigset_t *set)： 信号集全部置 1，则信号集包含 linux 支持的 64 种信号； -
sigaddset(sigset_t *set, int signum)：向信号集中加入 signum 信号； -
sigdelset(sigset_t *set, int signum)：向信号集中删除 signum 信号； -
sigismember(const sigset_t *set, int signum)：判定信号 signum 是否存在信号集中。
信号阻塞函数：
-
sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset))； 不同 how 参数，实现不同功能-
SIG_BLOCK：将 set 指向信号集中的信号，添加到进程阻塞信号集； -
SIG_UNBLOCK：将 set 指向信号集中的信号，从进程阻塞信号集删除； -
SIG_SETMASK：将 set 指向信号集中的信号，设置成进程阻塞信号集； -
sigpending(sigset_t *set))：获取已发送到进程，却被阻塞的所有信号； -
sigsuspend(const sigset_t *mask))：用 mask 代替进程的原有掩码，并暂停进程执行，直到收到信号再恢复原有掩码并继续执行进程。
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