Linux--信号

一.引号的产生

1.什么是信号

在生活中，信号的产生是多种多样的，比如红绿灯，闹钟等等，Linux中的信号是什么呢？

1.在Linux中，信号的本质是一种通信方式，由用户或操作系统发送信号，通知进程，某些事情已经发生，同事进程在合适的时间以合适的方式进行处理。信号本身，可能不会被立即处理，也一定要被保存下来。操作系统可以识别这些信号。

2.结合进程，分析信号

a.进程要分析信号，必须要识别信号即，进程要接收并且要具备其如何处理的动作。

b.进程如何识别信号呢？通过程序员设置的方式让进程去识别。

c.信号的产生是随机的，所以进程的处理方式可能不是立即处理，而是将信号存储起来，在合适的场合处理。

d.进程会降临是信号进行存储，方便之后的处理。

e.一般而言，信号的产生相对于进程来说是异步的。

2.信号的产生

a，通过键盘的组合键产生

比如：通过Ctrl+c终止进程，这就是一种通过键盘向进程发送信号，让进程退出了。

处理信号的常见方式：

默认；忽略；自定义一共有这三种处理方式。

如何理解这些组合键是如何变成信号的？

键盘的工作方式是通过中断的方式进行的，OS解释组合键，然后在进程列表中查找，找到前台运行的进程，OS将信号写入当前的进程结构中的位图中。

常见的信号：

前31个信号为普通信号，后31个信号为实时信号。

如何理解信号被进程保存

进程必须具有保存信号的相关数据结构的位图，进程PCB内部保存了信号，信号发送的本质是OS向目标进程发送对行的信号。OS修改进程内部PCB所对应的位图结构，完成发送进程的过程。

键盘产生的信号：

signal函数：signal(int signum, sighandler_t handler);

第一个参数为信号，可以是信号的编号，也可以是信号的名称，第二个参数是一个回调函数，通过回调函数处理信号，可以为默认，忽略，自定义。默认和忽略所对应的参数名称为：SIG_DFL,SIG_IDO。自定义的参数需要自己写回调函数去完成。通过回调的方式，去修改对应的信号捕捉方法。

比如：
static void handle(int signam)
{
  std::cout<<"我是一个进程"<<std::endl;
}

int main(int argc,const char* argv[])
{
  signal(2,handle);//信号函数
  if(argc!=3)
  {
   while(true)
      sleep(1);
  }
  return 0;
}
默认处理动作是终止进程并且Core Dump（核心转储）

Core Dump是什么？

当一个进程要异常终止时,可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上,文件名通常是core，这叫做Core Dump。我们可以通过使用gdb调试查看core文件查看进程退出的原因，这也叫事后调试。

Core Dump使用演示：
一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit，这个信息报错在PCB中。默认情况下，不允许产生core文件，因为core文件中比较大（容易浪费资源），包含用户密码等敏感信息，不安全。我们可以通过命令ulimit -a 查看系统允许我们产生多大的core文件。

可以发现的是，系统是不允许产生这个core文件的，但是我们可以通过命令ulimit -c size 修改，允许产生size大小的core文件。
下面我们写一个程序验证一下：
int main(int argc,const char* argv[])
{
  signal(2,SIG_DFL);
  if(argc!=3)
  {
    while(true)
     { 
        cout<<"Hello word"<<endl;
        sleep(1);
     }
  }
  return 0;
}
结果：

core dumped标志是否发生核心转储。主要是为了调试。

可以看到core.2549这个文件很大，所以在一般生产环境下都需要关闭核心转储功能。

b.系统调用接口产生信号

用户调用系统接口，执行OS所对应的代码，OS设置参数，OS向目标进程写入，OS修改对应的位图结构，进程后续执行所对应的信号。介绍三个系统调用函数 kill函数 raise函数 abort函数。

kill函数

给任意进程发送任意信号

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

参数：pid 进程pid sig 要发送的信号

raise函数

给进程自己发送信号
#include <signal.h>  
int raise(int sig);  
1
2

参数：

sig：要发送的信号

返回值： 成功返回0，失败返回-1
和kill比较：
 raise函数相当于kill(getpid(), sig)  
abort函数

功能： 使用当前进程收到信号而异常终止（发送6号信号）
函数原型：
#include <stdlib.h>  
void abort(void); 
c.由软件条件产生信号

SIGPIPE是一种由软件条件产生的信号,在“管道”中已经介绍过了。主要介绍alarm函数和SIGALRM信号。

alarm函数
int main()
{
  //signal(SIGALRM, handler);
  alarm(5);
  //int count=0;
  while(true)
  {
    count++;
    cout<<"count:"<<count<<endl;
    sleep(1);
  }
}
结果：

所以：

功能：设定一个闹钟，操作系统会在闹钟到了时送SIGALRM 信号给进程，默认处理动作是终止进程
函数原型：

#include <unistd.h>
unsigned alarm(unsigned seconds);
1
2
参数：

second:设置时间，单位是s
返回值： 0或者此前设定的闹钟时间还余下的秒数

d.硬件异常产生

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。
这里给大家介绍两个硬件异常：CPU产生异常 和 MMU产生异常

CPU产生异常 发生除零错误，CPU运行单元会产生异常，内核将这个异常解释为信号，最后OS发送SIGFPE信号给进程。

MMU产生异常： 当进程访问非法地址时，mmu想通过页表映射来将虚拟转换为物理地址，此时发现页表中不存在该虚拟地址，此时会产生异常，然后OS将异常解释为SIGSEGV信号，然后发送给进程。

2.信号的保存

捕捉信号

先思考一个问题：信号是什么时候被处理的

首先，不是立即被处理的。而是在合适的时候，这个合适的时候，具体指的是进程从用户态切换回内核态时进行处理。

用户态： 处于⽤户态的 CPU 只能受限的访问内存，用户的代码，并且不允许访问外围设备，权限比较低。
内核态： 处于内核态的 CPU 可以访问任意的数据，包括外围设备，⽐如⽹卡、硬盘等，权限比较高。
注意： 操作系统中有一个cr寄存器来记录当前进程处于何种状态

进程空间分为用户空间和内核空间。此前我们介绍的页表都是用户级页表，其实还有内核级页表。进程的用户空间是通过用户级页表映射到物理内存上，内核空间是通过内核级页表映射到物理内存上。

进程有不同的用户空间，但是只有一个内核空间，不同进程的用户空间的代码和数据是不一样的，但是内核空间的代码和数据是一样的。
上面这些主要是想说：进程处于用户态访问的是用户空间的代码和数据，进程处于内核态，访问的是内核空间的代码和数据。

信号处理函数：

sigaction函数：

功能：可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作
函数原型：

#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

signum: 要操作的信号

act：一个结构体

sa_handler:SIG_DFT、SIG_IGN和handler（用户自定义处理函数）
sa_sigaction:实时信号处理的函数，我们不关心
sa_mask:一个信号屏蔽字，里面有需要额外屏蔽的的信号
sa_flags:包含一下选项，这里我们给0
sa_restorer:我们这里不使用。

结构体如下：
struct sigaction {
	void     (*sa_handler)(int);
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    sigset_t   sa_mask;
    int        sa_flags;
    void     (*sa_restorer)(void);
};
返回值： 成功返回0，失败返回-1