Linux的进程信号

1、快速认识信号

信号是发送给进程的。
信号是一个数字，但是可读性不好，就定义成一个宏。
信号的产生/发送和接收，相对于进程是异步的(互不干扰)。发送信号的进程，不关心处理结果，接收进程在接收信号之前，执行自己的程序，可能在执行任何代码时被信号中断。

2、信号的产生/发送
2.1 键盘
Ctrl+C (终止) 2号信号SIGINT。
Ctrl+\ (终止) 3号信号SIGQUIT。
Ctrl+Z (暂停) 20号信号SIGTSTP。
注意：这三个只对前台进程有效。

2.1.1 前台进程与后台进程
路径/可执行程序 是 前台进程，从标准输入(键盘)中获取内容。只能有一个，因为标准输入的内容要给到一个确定的进程。
路径/可执行程序 & 是 后台进程，无法从标准输入(键盘)中获取内容，可有多个。
前台进程和后台进程，都可以想标准输出(显示器)打印内容。
一个现象，运行前台程序，父进程创建子进程，Ctrl+C父进程终止，父进程退出，子进程被一号进程“领养”，变成后台进程，Ctrl+C无法杀死子进程。
jobs。查看所有后台进程。
fg 任务号。指定进程，提到前台。
Ctrl+Z。暂停前台进程，提到后台。
bg 任务号。让后台进程恢复运行。
2.2 函数
int kill(pid_t pid, int sig);。指定进程 发送指定信号。
int raise(int sig);。对自己 发送指定信号。
void abort(void);。使当前进程 接收到信号而异常终止。
2.3 系统命令
kill -信号编号 pid。对指定进程 发送指定的信号。
2.4 硬件异常
如：/0，野指针。由软件引起的硬件错误，发送指定信号。
2.5 软件异常
如：管道文件。读端关闭，写端继续，无意义，写端进程收到SIGPIPE信号而终止。
如：unsigned int alarm(unsigned int seconds);。在指定秒数后，终止进程。
3、信号的保存

流程：信号发送过来，未决位图由0置1，如果阻塞位图为0，再递达，进行对应的信号处理；如果阻塞位图为1，就屏蔽该信号，信号一直处于未决状态。
注意：

正在处理某一个信号(pending 1->0，block 0->1)，当多次发送该信号，未决位图记录一次，并且因为block位图为1，会自动屏蔽该信号，防止递归式处理。

3.1 pending位图
对于pending位图，可以使用int sigpending(sigset_t *set);，set为输出型参数，获取pending位图信息(信号集)。
3.2 sigset_t类型
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set); // 信号集全置为0
int sigfillset(sigset_t *set); // 信号集全置为1
int sigaddset(sigset_t *set, int signo); // 指定信号位,置为1
int sigdelset(sigset_t *set, int signo); // 指定信号位,置为0
int sigismember(const sigset_t *set, int signo); // 是否为1
// 指定信号位为1，返回1; 为0，返回0; 失败，返回-1

3.3 block位图
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);。

注意：

9号信号SIGKILL，19号信号SIGSTOP，不能被屏蔽。
4、信号的处理

信号的处理有，默认处理，忽略，自定义捕捉。
流程：主函数因为中断或异常或系统调用等，进入内核态，处理完，从内核态返回用户态时，进行信号处理，如果没有信号，直接返回用户态；如果是默认处理，大多数都是进程终止或暂停；如果是忽略，直接返回用户态；如果是自定义捕捉，回到用户态执行自定义函数，自定义函数返回时执行系统调用sigreturn，返回内核态，如果没有新信号到来，就返回用户态。
注意：

内核态与用户态的切换，是权限的隔离与保护。
屏蔽在抵达前，忽略是在抵达后的处理。
4.1 默认处理
man 7 signal，可查看，信号的默认处理。

9号信号SIGKILL，一定能够终止进程，19号信号SIGSTOP，一定能够暂停进程，不会被屏蔽和和忽略和自定义捕捉。
注意：

Core和Term都是进程终止，但是Core，会产生一个core文件(保存进程在内存中的核心数据，支持debug)，云服务器是生产环境，不是开发环境，所以不支持生成core文件。如果想要生成core文件，使用ulimit -c 命令，把core文件的大小从0改成非0。
core dump就是标志，是否是被Core终止。

4.2 自定义捕捉
4.1.1 signal
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);。对指定信号传指定的函数。
sighandler_t 是一个函数指针typedef void (*sighandler_t)(int);，参数为int，无返回值。
handler = SIG_DFL，就是默认处理；handler = SIG_IDN，就是忽略处理。
signal()返回原先的函数指针。
注意：

signal()只需执行一次，不用一直执行。
4.1.2 sigaction
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); // 和signal的handler一样
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask; // 处理某一个信号时，还可以屏蔽其他信号
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
};

5、操作系统是怎么运行的
5.1 硬件中断

操作系统不用关注外部设备是否准备好，而是它准备好，会通知操作系统。
在CPU里面有一个时钟源，以固定频率(CPU主频)发送中断(时钟中断)，让操作系统周期性的执行任务(如：自动调度)。
5.2 软中断
那软件能不能触发类似硬件中断的逻辑？可以。
32位，系统调用就是使用int 0x80触发硬件中断的逻辑。流程：执行int 0x80(中断向量表中的处理软中断的下标)，触发中断，在系统调用表里，根据系统调用号，执行对应的系统调用。

64位，通过 syscall 指令（非中断）实现，性能更高。
glibc封装了系统调用号+对应的命令。
int 0x80，syscall等，叫做陷阱(由 CPU 自动检测)；缺页、除零、段错误等，叫做硬件异常(由程序主动触发)。
5.3 用户态和内核态
操作系统只有一份，所用进程共享。
系统调用的执行，都是在进程虚拟地址空间中执行的。
当前身份状态，由CPU里的权限寄存器决定。

6、3个小知识点
6.1 可重入函数
一个函数如果 能被多个执行流（如多线程、信号处理函数）同时调用，且不会因共享资源（如全局变量、静态变量）导致数据冲突或逻辑错误，则称为可重入函数。
6.2 volatile关键字
volatile为C语言关键字，作用：一般修饰变量，防止被编译器优化(编译器可能认为局部不会发生改变，就不从内存读取，从寄存器读取)，每次都要从内存中读取。
#include <stdio.h>
#include <signal.h>

volatile int flag = 0;

void handler(int sig)
{
printf("chage flag 0 to 1\n");
flag = 1;
}

int main()
{
signal(2, handler);
while(!flag);
printf("process quit normal\n");
return 0;
}

如果不加volatile，编译器优化后，可能认为flag永远不会变，所以只从寄存器里读，即使Ctrl+C，flag改变了，但是还是从寄存器读取，继续死循环。

6.3 SIGCHLD信号
子进程在退出时，会给父进程发送 SIGCHLD 信号，父进程默认处理(什么都不做，忽略)。
父进程可以自定义 SIGCHLD 信号的处理函数，回收子进程。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

void handler(int sig)
{
pid_t id;
while( (id = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0)
{
printf("wait child success: %d\n", id);
}
printf("child is quit! %d\n", getpid());
}

int main()
{
signal(SIGCHLD, handler);

pid_t cid;
if((cid = fork()) == 0) // child
{
printf("child : %d\n", getpid());
sleep(3);
exit(1);
}

while(1)
{
printf("father proc is doing some thing!\n");
sleep(1);
}

return 0;
}

在Linux中，如果不需要获取子进程退出时的信息，可以signal(SIGCHLD,SIG_IGN);，子进程退出时，就会自动回收，不会产生僵尸进程。
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