[Linux][进程信号][一][信号基础][如何产生信号]详细解读

0.前言预备

1.系统定义的信号列表

• **[1, 31]：**普通信号

• **[34, 64]：**实时信号
  

• 这些信号在什么条件下产生，默认的处理动作是什么，可以通过 man 7 signal 查看
  

2.核心转储 – Core Dump

• 当一个进程要异常终止时，可以选择把当前进程在内存中的相关核心数据转存到磁盘上，文件名通常是core，这叫做Core Dump
• 进程异常终止通常是因为有Bug，事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因，这叫做Post-mortem Debug(事后调试)
  • 使用：core -file core.pid
• 默认是不允许产生core文件的，因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息，不安全
  • 一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit(这个信息保存在PCB中)
  • 在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制，允许产生core文件
    • ulimit -a
    • ulimit -c
    • 当前bash会话有效
      

1.信号基础

1.信号概念

• 信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断
  • 本质是一种通知机制
• 理解信号思路：
  • 进程要处理信号，必须具备信号"识别"能力(看到 + 处理动作)
  • 进程为什么能够"识别"信号？
    • 程序员通过代码提前设置好的
  • 信号产生是随机的，进程可能正在忙自己的事情
    • 信号可能后续被处理，不一定是立即处理
  • 信号会临时的记录下对应的信号，方便后续进行处理
    • 何时处理？
      • 合适的时候
  • 一般而言，信号的产生相对于进程而言是异步的

2.信号处理方式概览

• 执行该信号的默认处理动作
• 忽略此信号
• 自定义动作(捕捉信号)
  • 提供一个信号处理函数，要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数
• 信号捕捉初识
  • **功能：**捕获特定的信号，执行自定的方法
  • 原型：sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
  • 参数：
    • **signum：**要捕获的信号
    • **handler：**函数指针，要执行的自定方法
  • 返回值：
    • 不在乎
  • 注意：
    • signal函数，仅仅是修改进程对特性信号的后续处理动作，不是直接调用对应的处理动作
    • 如果后续没有任何SIGNAL信号产生，handler永远不会被调用

3.理解信号如何被保存

• 需要解决两个问题 --> 什么信号？是否产生？
• 进程PCB内部保存了**信号位图**字段
  • 第几个比特位表示什么信号
  • 01表示是否产生信号

4.信号发送的本质

• 信号位图在task_struct --> task_struct内核数据结构 --> OS掌控
• 信号发送的本质：OS向目标进程写信号，OS直接修改PCB中的指定的位图结构，完成"发送"信号的过程

2.如何产生信号？

1.终端按键产生信号

• 键盘的工作方式是通过中断方式进行的
  • 便可以**识别组合键，**如Ctrl + c
• OS解释组合键 --> 查找进程列表 --> 找到前台运行的进程 --> OS写入对应的信号到进程内部的位图结构中

2.系统调用接口

1.kill()

• **功能：**给指定的进程发送指定的信号
• 原型：int kill(pid_t pid, int sig);

2.raise()

• **功能：**给当前进程发送指定的信号 --> 自己给自己发信号
• 原型：int raise(int sig);

3.abort()

• **功能：通常用来终止进程，发送SIGABRT(6)**信号
• 原型：void abort(void);

4.如何理解？

• 用户调用系统接口 --> 执行OS对应的系统调用代码 --> OS提取参数，或者设置特定的数值 --> OS****向目标进程写信号 --> 修改对应进程的信号标记位 --> 进程后续会处理信号 --> 执行对应的处理动作

3.由软件条件产生信号

• 如：管道读端不光不读，而且还关闭了，写端一直在写，会发生什么问题？
  • 写没有意义，OS会自动终止对应的写端进程，通过发送信号(SIGPIPE)的方式
• 如：alarm() && SIGALRM
  • 功能：
    • 设定一个闹钟，告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号，该信号的默认处理动作是终止当前进程
    • 闹钟一旦触发，就自动移除了
• 原型：unsigned int alarm(unsigned int seconds);
• 返回值：
  • 0
  • 以前设定的闹钟时间还余下的秒数
• 如何理解？
  • OS先识别到某种软件条件触发或不满足某条件 --> OS构建信号，发送给指定的进程

4.硬件异常产生信号

• 硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核，然后内核向当前进程发送适当的信号
  • 例如：当前进程执行了除以0的指令，CPU的运算单元会产生异常，内核将这个异常解释为SIGFPE信号发送给进程
  • 例如：当前进程访问了非法内存地址,，MMU会产生异常，内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程
• 由此看出，在C/C++中，除零，内存越界等异常，在系统层面上，是被当成信号处理的

5.总结

• 所有的信号，有他的来源，但最终全部都是被OS识别，解释，并发送的