本文着重讲解Linux系统编程中的信号处理基础知识,包括信号的概念、信号的机制、信号相关的事件和状态、信号集、信号的编号、信号的4要素和常规的信号等,这些都是学习信号部分必须要掌握的内容。
文章目录
1.信号的概念
信号在我们的生活中随处可见, 如:古代战争中摔杯为号;现代战争中的信号弹;体育比赛中使用的信号枪…
他们都有共性:
1. 简单
2. 不能携带大量信息
3. 满足某个特设条件才发送。
信号是信息的载体, Linux/UNIX 环境下,古老、经典的通信方式, 现下依然是主要的通信手段。Unix 早期版本就提供了信号机制,但不可靠,信号可能丢失。 Berkeley 和 AT&T 都对信号模型做了更改,增加了可靠信号机制。但彼此不兼容。 POSIX.1 对可靠信号例程进行了标准化。
2.信号的机制
A 给 B 发送信号, B 收到信号之前执行自己的代码,收到信号后, 不管执行到程序的什么位置,都要暂停运行去处理信号,处理完毕再继续执行 。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断,早期常被称为“软中断”。
信号的特质:由于信号是通过软件方法实现,其实现手段导致信号有很强的延时性。但对于用户来说,这个延迟时间非常短,不易察觉。每个进程收到的所有信号,都是由内核负责发送的,内核处理。
3.与信号相关的事件和状态
产生信号:
- 按键产生,如: Ctrl+c、 Ctrl+z、 Ctrl+\
- 系统调用产生,如: kill、 raise、 abort
- 软件条件产生,如:定时器 alarm
- 硬件异常产生,如:非法访问内存(段错误)、除 0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
- 命令产生,如: kill 命令
递达:递送并且到达进程。
未决:产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。
信号的处理方式:
- 执行默认动作
- 忽略(丢弃)
- 捕捉(调用户处理函数)
4.信号集
Linux 内核的进程控制块 PCB 是一个结构体, task_struct, 除了包含进程 id,状态,工作目录,用户 id,组 id,文件描述符表,还包含了信号相关的信息,主要指阻塞信号集和未决信号集。
阻塞信号集(信号屏蔽字)
将某些信号加入集合,对他们设置屏蔽,当屏蔽 x 信号后,再收到该信号,该信号的处理将推后(解除屏蔽后)
未决信号集
- 信号产生,未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为 1,表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为 0。这一时刻往往非常短暂。
- 信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前,信号一直处于未决状态。
5.信号的编号
使用kill -l
查看:
不存在编号为 0 的信号。其中 1-31 号信号称之为常规信号(也叫普通信号或标准信号), 34-64 称之为实时信号,驱动编程与硬件相关。名字上区别不大。而前 32 个名字各不相同。
6.信号的4要素
1. 编号 2. 名称 3. 事件 4. 默认处理动作
可通过 man 7 signal
查看帮助文档获取
Signal Standard Action Comment
────────────────────────────────────────────────────────────────────────
SIGABRT P1990 Core Abort signal from abort(3)
SIGALRM P1990 Term Timer signal from alarm(2)
SIGBUS P2001 Core Bus error (bad memory access)
SIGCHLD P1990 Ign Child stopped or terminated
SIGCLD - Ign A synonym for SIGCHLD
SIGCONT P1990 Cont Continue if stopped
SIGEMT - Term Emulator trap
SIGFPE P1990 Core Floating-point exception
SIGHUP P1990 Term Hangup detected on controlling terminal
or death of controlling process
SIGILL P1990 Core Illegal Instruction
SIGINFO - A synonym for SIGPWR
SIGINT P1990 Term Interrupt from keyboard
SIGIO - Term I/O now possible (4.2BSD)
SIGIOT - Core IOT trap. A synonym for SIGABRT
SIGKILL P1990 Term Kill signal
SIGLOST - Term File lock lost (unused)
SIGPIPE P1990 Term Broken pipe: write to pipe with no
readers; see pipe(7)
SIGPOLL P2001 Term Pollable event (Sys V);
synonym for SIGIO
SIGPROF P2001 Term Profiling timer expired
SIGPWR - Term Power failure (System V)
SIGQUIT P1990 Core Quit from keyboard
SIGSEGV P1990 Core Invalid memory reference
SIGSTKFLT - Term Stack fault on coprocessor (unused)
SIGSTOP P1990 Stop Stop process
SIGTSTP P1990 Stop Stop typed at terminal
SIGSYS P2001 Core Bad system call (SVr4);
see also seccomp(2)
SIGTERM P1990 Term Termination signal
SIGTRAP P2001 Core Trace/breakpoint trap
SIGTTIN P1990 Stop Terminal input for background process
SIGTTOU P1990 Stop Terminal output for background process
SIGUNUSED - Core Synonymous with SIGSYS
SIGURG P2001 Ign Urgent condition on socket (4.2BSD)
SIGUSR1 P1990 Term User-defined signal 1
SIGUSR2 P1990 Term User-defined signal 2
SIGVTALRM P2001 Term Virtual alarm clock (4.2BSD)
SIGXCPU P2001 Core CPU time limit exceeded (4.2BSD);
see setrlimit(2)
SIGXFSZ P2001 Core File size limit exceeded (4.2BSD);
see setrlimit(2)
SIGWINCH - Ign Window resize signal (4.3BSD, Sun)
The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.
在标准信号中,有一些信号是有三个“Value”,第一个值通常对 alpha 和 sparc 架构有效,中间值针对 x86、 arm和其他架构,最后一个应用于 mips 架构。一个‘-’表示在对应架构上尚未定义该信号。
不同的操作系统定义了不同的系统信号。因此有些信号出现在 Unix 系统内,也出现在 Linux 中,而有的信号出现在 FreeBSD 或 Mac OS 中却没有出现在 Linux 下。这里我们只研究 Linux 系统中的信号。
默认动作:
Term
:终止进程
Ign
: 忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)
Core
:终止进程,生成 Core 文件。 (查验进程死亡原因, 用于 gdb 调试)
Stop
:停止(暂停)进程
Cont
:继续运行进程
注意从 man 7 signal 帮助文档中可看到 :
The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.
这里特别强调了 9) SIGKILL
和 19) SIGSTOP
信号,不允许忽略和捕捉,只能执行默认动作。甚至不能将其设置为阻塞。
另外需清楚, 只有每个信号所对应的事件发生了,该信号才会被递送(但不一定递达),不应乱发信号!!
7. 常规信号一览表
SIGHUP
: 当用户退出 shell 时,由该 shell 启动的所有进程将收到这个信号,默认动作为终止进程SIGINT
:当用户按下了<Ctrl+C>组合键时,用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动
作为终止进程。SIGQUIT
:当用户按下<ctrl+>组合键时产生该信号,用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信
号。默认动作为终止进程。SIGILL
: CPU 检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生 core 文件SIGTRAP
:该信号由断点指令或其他 trap 指令产生。默认动作为终止里程 并产生 core 文件。SIGABRT
: 调用 abort 函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生 core 文件。SIGBUS
:非法访问内存地址,包括内存对齐出错,默认动作为终止进程并产生 core 文件。SIGFPE
:在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误,还包括溢出及除数为 0 等所有的算法错误。
默认动作为终止进程并产生 core 文件。SIGKILL
:无条件终止进程。本信号不能被忽略,处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了
可以杀死任何进程的方法。SIGUSE1
:用户定义 的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。SIGSEGV
:指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生 core 文件。SIGUSR2
:另外一个用户自定义信号,程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。SIGPIPE
: Broken pipe 向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。SIGALRM
: 定时器超时,超时的时间 由系统调用 alarm 设置。默认动作为终止进程。SIGTERM
:程序结束信号,与 SIGKILL 不同的是,该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。
执行 shell 命令 Kill 时,缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。SIGSTKFLT
: Linux 早期版本出现的信号,现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。SIGCHLD
:子进程状态发生变化时,父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。SIGCONT
:如果进程已停止,则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。SIGSTOP
:停止进程的执行。信号不能被忽略,处理和阻塞。默认动作为暂停进程。SIGTSTP
:停止终端交互进程的运行。按下<ctrl+z>组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。SIGTTIN
:后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。SIGTTOU
: 该信号类似于 SIGTTIN,在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。SIGURG
:套接字上有紧急数据时,向当前正在运行的进程发出些信号,报告有紧急数据到达。如网络带外
数据到达,默认动作为忽略该信号。SIGXCPU
:进程执行时间超过了分配给该进程的 CPU 时间 ,系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为
终止进程。SIGXFSZ
:超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。SIGVTALRM
:虚拟时钟超时时产生该信号。类似于 SIGALRM,但是该信号只计算该进程占用 CPU 的使用时
间。默认动作为终止进程。SGIPROF
:类似于 SIGVTALRM,它不公包括该进程占用 CPU 时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。SIGWINCH
:窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。SIGIO
:此信号向进程指示发出了一个异步 IO 事件。默认动作为忽略。SIGPWR
:关机。默认动作为终止进程。SIGSYS
:无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生 core 文件。SIGRTMIN
~ (64)SIGRTMAX
: LINUX 的实时信号,它们没有固定的含义(可以由用户自定义)。所有的实时信号的默认动作都为终止进程。