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Linux信号(signal)机制
电子禅石 | 2021-06-18 19:16:36    阅读:11983   发布文章

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

取值名称解释默认动作
1SIGHUP挂起
2SIGINT中断
3SIGQUIT退出
4SIGILL非法指令
5SIGTRAP断点或陷阱指令
6SIGABRTabort发出的信号
7SIGBUS非法内存访问
8SIGFPE浮点异常
9SIGKILLkill信号不能被忽略、处理和阻塞
10SIGUSR1用户信号1
11SIGSEGV无效内存访问
12SIGUSR2用户信号2
13SIGPIPE管道破损,没有读端的管道写数据
14SIGALRMalarm发出的信号
15SIGTERM终止信号
16SIGSTKFLT栈溢出
17SIGCHLD子进程退出默认忽略
18SIGCONT进程继续
19SIGSTOP进程停止不能被忽略、处理和阻塞
20SIGTSTP进程停止
21SIGTTIN进程停止,后台进程从终端读数据时
22SIGTTOU进程停止,后台进程想终端写数据时
23SIGURGI/O有紧急数据到达当前进程默认忽略
24SIGXCPU进程的CPU时间片到期
25SIGXFSZ文件大小的超出上限
26SIGVTALRM虚拟时钟超时
27SIGPROFprofile时钟超时
28SIGWINCH窗口大小改变默认忽略
29SIGIOI/O相关
30SIGPWR关机默认忽略
31SIGSYS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。

Linux信号(signal)机制 - JackPeng博客 (yuanfentiank789.github.io)

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