Linux信号(signal)机制

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

一、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。

1.1 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

1.2 信号表

在终端，可通过kill -l查看所有的signal信号

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的信号为非实时信号，其他的信号32-64 都是实时信号。

二、信号产生

信号来源分为硬件类和软件类：

2.1 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；

2.2 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

三、信号注册和注销

3.1 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；

3.2 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；

四、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。

4.1 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；

4.2 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。

4.3 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：

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

• signum：要操作的signal信号。
• act：设置对signal信号的新处理方式。
• oldact：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。

4.4 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SIGALARM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SIGABORT信号，默认进程会异常退出。
• raise()：用于向进程自身发送信号；

4.5 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。

想更进一步了解关于信号，可查看 http://akaedu.github.io/book/ch33.html

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