【Linux课程学习】：第二十一弹---深入理解信号（中断，信号，kill，abort，raise，larm函数）

硬件中断是由与系统相连的外设（如磁盘、网卡、键盘、时钟等）自动产生的异步信号。这些外设通过总线将中断信号发送给中断控制器，再由中断控制器转发给CPU。每个设备或设备集都有自己的中断请求（IRQ）号，基于这个IRQ号，CPU可以将相应的请求分发到对应的硬件驱动上。

每一个硬件都有自己的中断请求号（IRQ），所以以后的中断就能区分是哪个硬件发来的，就可以让CPU去哪个硬件读取数据。

中断确实是通过电路给CPU发信号的。

1.2理解硬件中断和软件信号：

1.信号其实是在模拟硬件中断的行为，只是信号是软件层面的，中断是硬件层面的。

2.中断是通过电路进行发生的，是发给CPU的，而信号是发给进程的。

3.两者有相似性，但是层级不同。

1.3阐述中断到CPU拿到数据的全过程：

当我们键盘按下以后，键盘通过电路（高电压）向CPU的针脚发送中断信息，CPU执行操作系统保存当前进程的代码和数据，然后操作系统停下来去读取外设的内存。

二.通过系统命令向进程发信号：

2.1系统命令发生信号的方法：

通过kill -（信号编号）（进程pid）：对进程发送信号

通过上面的方法就能给指定的进程发送指定的信号，下面的代码我们可以给指定的信号。

2.系统命令的预想：

我们可以让一个进程死循环，然后启动另外一个shell对该进程发送一系列的信号。或者我们可以通过对某个信号进程捕捉，然后给进程发该信号，然后去执行我们的自定义行为。有很多的中断进程的信号，我们还可以去发送其他的信号观察进程的反应情况。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void handle(int signo)
{
    std::cout << "signo:" << signo << "系统命令" << std::endl;
}

int main()
{
    //自定义SIGINT-2号信号的行为，让二号信号不再执行终止进程的操作
    ::signal(SIGINT, handle);
    while (true)
    {
        std::cout << "pid:" << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

2.3结构分析：

因为是前台进程，我们只能通过另外一个shell对死循环的进程发送2号信号，3号信号。发送2号信号，打印2号信号的数字2，还有系统命令。

三.给后台进程发送终止信号的以后，为什么回车才能显示退出信息？

shell的设计理念是不希望用户的输入信息和出错的信息交错在一起。

所以为什么要按一次回车才能显示退出的信息是因为：

是因为进程在退出之前就来到了shell命令行提示符，等待用户输入，此时shell不希望和输入交错，所以按回车以后才能打印退出的信息。

在Shell中，确实存在后台进程的退出信号和用户的输入可能交错在一起的情况，但这种情况并不是Shell所期望的，也不是设计上的必然结果。这种交错通常是由于多个进程同时向同一个输出流（如标准输出或标准错误）写入数据，并且输出缓冲机制的作用导致的。

四.使用函数产生信号

🥪kill函数：

1.函数原型：

头文件：

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

函数原型：

int kill(pid_t pid, int sig);

作用：

kill - send signal to a process

2.函数解析：

函数的作用是给一个指定的进程发送指定的信号，pid是指定进程的pid，sig是信号的编号。

3.函数实践

下面是通过kill给自己发信号，然后到达执行自定义行为的过程。通过kill函数，

我们可以获取命令行的信息，实现自己的kill命令，直接和系统接轨。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void handle(int signo)
{
    std::cout << "signo:" << signo << "系统命令" << std::endl;
}

int main()
{
    // 自定义SIGINT-2号信号的行为，让二号信号不再执行终止进程的操作
    ::signal(SIGINT, handle);

    sleep(2);
    ::kill(getpid(), 2);
    while (true)
    {
        std::cout << "pid:" << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

🥪 raise函数和abort函数：

1.raise函数：

raise函数只能给当前的进程发送一个指定的信号，进程的固定的，信号的种类可以选择。

使用场景：

当一个进程需要主动触发某个信号时，可以使用raise函数。例如，在信号处理函数中捕获到一个信号后，通过raise函数手动发送另一个信号作为后续操作。

头文件：

#include <signal.h>

函数原型：

int raise(int sig);

2.abort函数：

所在库：

#include <stdlib.h>

函数原型：

void abort(void);

abort没有返回任何值，总是运行失败。

使用场景：用于调试触发断点

abort函数主要用于处理系统错误，在调试中触发断点以便检查程序状态，以及确保程序在出现异常时不会继续执行无用操作。

五.由软件条件产生信号

本点的主人公是：alarm函数

5.1alarm函数介绍：

作用：
alarm - set an alarm clock for delivery of a signal

所在库：
#include <unistd.h>

函数原型：

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

alarm的作用是给进程设置一个闹钟，到时间到了的时候，就会给进程发送一个SIGALRM信号。

如果参数为0，就是取消之前设置的闹钟，只能设置一个。当之前设置的闹钟还没结束，又去设置一个信号的闹钟，那么返回值就是之前闹钟剩余的秒数。

5.2函数使用：

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void handle(int signo)
{
    std::cout << "signo:" << signo << "闹钟响啦" << std::endl;
}

int main()
{
    // 自定义SIGLRM信号的行为，让信号不再执行终止进程的操作
    ::signal(SIGALRM, handle);
    ::alarm(3);
    while (true)
    {
        std::cout << "pid:" << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

5.3理解软件条件产生信号：

alarm函数，是在操作系统内核设置了一个定时器，在时间到了的时候就会给进程发送SIGALRM信号，在操作系统内核设置，操作系统也是一个软件，所以是属于软件层面的。

这些条件包括但不限于定时器超时（如alarm函数设定的时间到达）、**软件异常（如向已关闭的管道写数据产⽣的SIGPIPE信号）**等。

5.4OS如何管理信号：

学了那么就的面向对象，在管理一个东西的时候，当然是先描述，再组织啦。

下面OS对于闹钟的描述，其中包括了剩余时间entry，还有执行方法function。

六.硬件条件产生信号：

当发生硬件异常的时候，硬件会通过异常等信息告诉操作系统，然后让操作系统结束该进程。当然，我们也可以捕捉这个信号，让它不执行结束进程的操作。

1.当代码中有除以0，或者其他的错误，CPU会产生异常，操作系统OS对于这个异常的处理方法是：对进程发送SIGFPE信号。

2.⽐如当前进程访问了⾮法内存地址, MMU会产⽣异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送

给进程。

除0导致的CPU异常。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void handle(int signo)
{
    std::cout << "signo:" << signo << ",CPU异常" << std::endl;
    sleep(1);
}

int main()
{
    // 自定义SIGFPE号信号的行为，让SIGFPE信号不再执行终止进程的操作
    ::signal(SIGFPE, handle);

    int n = 1 / 0;
    return 0;
}

在这里，为什么会循环打印这个了？

因为在除0以后，进程PCB中，一直保存这该进程出现了异常，不能继续往下执行，所以CPU每次从信号处理完以后，准备进入主控制流的时候，还会进行检查，结果除0异常的信息还没被处理，那么OS又会给进程发送SIGFPE信号。

七.本篇总结：

🍒1.上面信号产生的方法，都要经过OS这一步，因为信号是发给进程的，OS是进程的管理者。

🍒2.信号是否立刻执行？不会立刻执行，只有当block解除以后，才能处理信号，如果不解除block，那么永远不会处理信号。

🍒3.在进程还没收到信号的时候，在handler表中就已经有对应信号的执行方法。

🍒4.如果信号是被立刻执行，那么它会把pending表对应的位图置为1。