Linux 信号signal处理机制

Posted 2020-10-16 zzfx

http://my.oschina.net/chenliang165/blog/125825.

 

 

最近同事的程序设计过程中用到了Linux的signal机制，从而引发了我对Linux中signal机制的思考。Signal机制在Linux中是一个非常常用的进程间通信机制，很多人在使用的时候不会考虑该机制是具体如何实现的。signal机制可以被理解成进程的软中断，因此，在实时性方面还是相对比较高的。Linux中signal机制的模型可以采用下图进行描述。

 

 

 

 

       每个进程都会采用一个进程控制块对其进行描述，进程控制块中设计了一个signal的位图信息，其中的每位与具体的signal相对应，这与中断机制是保持一致的。当系统中一个进程A通过signal系统调用向进程B发送signal时，设置进程B的对应signal位图，类似于触发了signal对应中断。发送signal只是“中断”触发的一个过程，具体执行会在两个阶段发生：

1、  system call返回。进程B由于调用了system call后，从内核返回用户态时需要检查他拥有的signal位图信息表，此时是一个执行点。

2、  中断返回。进程被系统中断打断之后，系统将CPU交给进程时，需要检查即将执行进程所拥有的signal位图信息表，此时也是一个执行点。

 

综上所述，signal的执行点可以理解成从内核态返回用户态时，在返回时，如果发现待执行进程存在被触发的signal，那么在离开内核态之后（也就是将CPU切换到用户模式），执行用户进程为该signal绑定的signal处理函数，从这一点上看，signal处理函数是在用户进程上下文中执行的。当执行完signal处理函数之后，再返回到用户进程被中断或者system call（软中断或者指令陷阱）打断的地方。

 

       Signal机制实现的比较灵活，用户进程由于中断或者system call陷入内核之后，将断点信息都保存到了堆栈中，在内核返回用户态时，如果存在被触发的signal，那么直接将待执行的signal处理函数push到堆栈中，在CPU切换到用户模式之后，直接pop堆栈就可以执行signal处理函数并且返回到用户进程了。Signal处理函数应用了进程上下文，并且应用实际的中断模拟了进程的软中断过程。

 

最近写程序，各种bug各种错，有一回程序莫名退出，没报错，也没产生日志和core文件，貌似正常退出一样。 

但又不是在程序全部走完后退出，中途莫名退出，这就叫我想到了signal，应该是某些函数错误后发送kill信号给主进程，然后退出。 

现在总结下signal各种类型： 

 

 

Signal	Description
SIGABRT	由调用abort函数产生，进程非正常退出
SIGALRM	用alarm函数设置的timer超时或setitimer函数设置的interval timer超时
SIGBUS	某种特定的硬件异常，通常由内存访问引起
SIGCANCEL	由Solaris Thread Library内部使用，通常不会使用
SIGCHLD	进程Terminate或Stop的时候，SIGCHLD会发送给它的父进程。缺省情况下该Signal会被忽略
SIGCONT	当被stop的进程恢复运行的时候，自动发送
SIGEMT	和实现相关的硬件异常
SIGFPE	数学相关的异常，如被0除，浮点溢出，等等
SIGFREEZE	Solaris专用，Hiberate或者Suspended时候发送
SIGHUP	发送给具有Terminal的Controlling Process，当terminal被disconnect时候发送
SIGILL	非法指令异常
SIGINFO	BSD signal。由Status Key产生，通常是CTRL+T。发送给所有Foreground Group的进程
SIGINT	由Interrupt Key产生，通常是CTRL+C或者DELETE。发送给所有ForeGround Group的进程
SIGIO	异步IO事件
SIGIOT	实现相关的硬件异常，一般对应SIGABRT
SIGKILL	无法处理和忽略。中止某个进程
SIGLWP	由Solaris Thread Libray内部使用
SIGPIPE	在reader中止之后写Pipe的时候发送
SIGPOLL	当某个事件发送给Pollable Device的时候发送
SIGPROF	Setitimer指定的Profiling Interval Timer所产生
SIGPWR	和系统相关。和UPS相关。
SIGQUIT	输入Quit Key的时候（CTRL+\）发送给所有Foreground Group的进程
SIGSEGV	非法内存访问
SIGSTKFLT	Linux专用，数学协处理器的栈异常
SIGSTOP	中止进程。无法处理和忽略。
SIGSYS	非法系统调用
SIGTERM	请求中止进程，kill命令缺省发送
SIGTHAW	Solaris专用，从Suspend恢复时候发送
SIGTRAP	实现相关的硬件异常。一般是调试异常
SIGTSTP	Suspend Key，一般是Ctrl+Z。发送给所有Foreground Group的进程
SIGTTIN	当Background Group的进程尝试读取Terminal的时候发送
SIGTTOU	当Background Group的进程尝试写Terminal的时候发送
SIGURG	当out-of-band data接收的时候可能发送
SIGUSR1	用户自定义signal 1
SIGUSR2	用户自定义signal 2
SIGVTALRM	setitimer函数设置的Virtual Interval Timer超时的时候
SIGWAITING	Solaris Thread Library内部实现专用
SIGWINCH	当Terminal的窗口大小改变的时候，发送给Foreground Group的所有进程
SIGXCPU	当CPU时间限制超时的时候
SIGXFSZ	进程超过文件大小限制
SIGXRES	Solaris专用，进程超过资源限制的时候发送

 

 

signal对应的值：

POSIX.1中列出的信号：

SIGHUP 1 A 终端挂起或者控制进程终止 
SIGINT 2 A 键盘中断（如break键被按下） 
SIGQUIT 3 C 键盘的退出键被按下 
SIGILL 4 C 非法指令 
SIGABRT 6 C 由abort(3)发出的退出指令 
SIGFPE 8 C 浮点异常 
SIGKILL 9 AEF Kill信号 
SIGSEGV 11 C 无效的内存引用 
SIGPIPE 13 A 管道破裂: 写一个没有读端口的管道 
SIGALRM 14 A 由alarm(2)发出的信号 
SIGTERM 15 A 终止信号 
SIGUSR1 30,10,16 A 用户自定义信号1 
SIGUSR2 31,12,17 A 用户自定义信号2 
SIGCHLD 20,17,18 B 子进程结束信号 
SIGCONT 19,18,25 进程继续（曾被停止的进程） 
SIGSTOP 17,19,23 DEF 终止进程 
SIGTSTP 18,20,24 D 控制终端（tty）上按下停止键 
SIGTTIN 21,21,26 D 后台进程企图从控制终端读 
SIGTTOU 22,22,27 D 后台进程企图从控制终端写 

没在POSIX.1中列出，而在SUSv2列出

SIGBUS 10,7,10 C 总线错误(错误的内存访问) 
SIGPOLL A Sys V定义的Pollable事件，与SIGIO同义 
SIGPROF 27,27,29 A Profiling定时器到 
SIGSYS 12,-,12 C 无效的系统调用 (SVID) 
SIGTRAP 5 C 跟踪/断点捕获 
SIGURG 16,23,21 B Socket出现紧急条件(4.2 BSD) 
SIGVTALRM 26,26,28 A 实际时间报警时钟信号(4.2 BSD) 
SIGXCPU 24,24,30 C 超出设定的CPU时间限制(4.2 BSD) 
SIGXFSZ 25,25,31 C 超出设定的文件大小限制(4.2 BSD) 

（对于SIGSYS，SIGXCPU，SIGXFSZ，以及某些机器体系结构下的SIGBUS，Linux缺省的动作是A (terminate)，SUSv2 是C (terminate and dump core)）。 

下面是其它的一些信号 

信号 值 处理动作 发出信号的原因 
---------------------------------------------------------------------- 
SIGIOT 6 C IO捕获指令，与SIGABRT同义 
SIGEMT 7,-,7 
SIGSTKFLT -,16,- A 协处理器堆栈错误 
SIGIO 23,29,22 A 某I/O操作现在可以进行了(4.2 BSD) 
SIGCLD -,-,18 A 与SIGCHLD同义 
SIGPWR 29,30,19 A 电源故障(System V) 
SIGINFO 29,-,- A 与SIGPWR同义 
SIGLOST -,-,- A 文件锁丢失 
SIGWINCH 28,28,20 B 窗口大小改变(4.3 BSD, Sun) 
SIGUNUSED -,31,- A 未使用的信号(will be SIGSYS) 

（在这里，- 表示信号没有实现；有三个值给出的含义为，第一个值通常在Alpha和Sparc上有效，中间的值对应i386和ppc以及sh，最后一个值对应mips。信号29在Alpha上为SIGINFO / SIGPWR ，在Sparc上为SIGLOST。） 

处理动作一项中的字母含义如下 
A 缺省的动作是终止进程 
B 缺省的动作是忽略此信号 
C 缺省的动作是终止进程并进行内核映像转储（dump core） 
D 缺省的动作是停止进程 
E 信号不能被捕获 
F 信号不能被忽略 

 

测试代码：

 

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print?

01	#include<stdio.h>

02	#include<signal.h>

03	#include<unistd.h>

04	#include<stdlib.h>

05	voidwhen_alarm();

06	voidwhen_sigint();

07	voidwhen_sigchld(int);

08	voidwhen_sigusr1();

09	voidwhen_sigio();

10

intmain()

11

{

12	intchildpid;//子程序进程ID号

13	printf("程序已经开始运行，5秒钟后将接收到时钟信号。/n");

14	if((childpid=fork())>0)//父进程

15

{

16	signal(SIGALRM,when_alarm); //当接收到SIGALRM信号时，调用when_alarm函数

17	signal(SIGINT,when_sigint); //当接收到SIGINT信号时，调用when_sigint函数

18	signal(SIGCHLD,when_sigchld);//当接收到SIGCHLD信号时，调用when_sigchld函数

19	signal(SIGUSR1,when_sigusr1);//当接收到SIGUSR1信号时，调用when_sigusr1函数

20	signal(SIGIO,when_sigio);//当接收到SIGIO信号时，调用when_sigio函数

21	alarm(5);    //5秒钟之后产生SIGALRM信号

22	raise(SIGIO);//向自己发送一个SIGIO信号

23	pause();//将父进程暂停下来，等待SIGALRM信号到来

24	pause();//将父进程暂停下来，等待SIGUSR1信号到来

25	pause();//将父进程暂停下来，等待SIGCHLD信号到来

26	printf("------此时程序会停下来等待，请按下ctrl+c送出SIGINT信号-------/n");

27	pause();//将父进程暂停下来，等待SIGINT信号到来

28

}

29	elseif(childpid==0)//子进程

30

{

31

inttimer;

32	for(timer=7;timer>=0;timer--)//时钟计时5秒产生SIGALRM信号，再过2秒子进程退出，产生SIGCHLD信号

33

{

34	if(timer>2)

35	printf("距离SIGALRM信号到来还有%d秒。/n",timer-2);

36	if(timer==4)

37	kill(getppid(),SIGUSR1);//向父进程发送一个SIGUSR1信号

38	if((timer<=2)&&(timer>0))

39	printf("子进程还剩%d秒退出，届时会产生SIGCHLD信号。/n",timer);

40	if(timer==0)//子进程退出，产生SIGCHLD信号

41	raise(SIGKILL);//子进程给自己发一个结束信号

42	sleep(1);//每个循环延时1秒钟

43

}

44

}

45

else

46	printf("fork()函数调用出现错误！/n");

47

return0;

48

}

49	voidwhen_alarm()

50

{

51	printf("5秒钟时间已到，系统接收到了SIGALRM信号！/n");

52

}

53	voidwhen_sigint()

54

{

55	printf("已经接收到了SIGINT信号，程序将退出！/n");

56

exit(0);

57

}

58	voidwhen_sigchld(intSIGCHLD_num)

59

{

60	printf("收到SIGCHLD信号，表明我的子进程已经中止，SIGCHLD信号的数值是：%d。/n",SIGCHLD_num);

61

}

62	voidwhen_sigusr1()

63

{

64	printf("系统接收到了用户自定义信号SIGUSR1。/n");

65

}

66	voidwhen_sigio()

67

{

68	printf("系统接收到了SIGIO信号。/n");

69

}