【Linux系统编程】：信号（1）——前置知识，了解信号

1.进程与信号的关系

Unix信号是一种用于Unix信号是一种用于进程间通信的异步通知机制，用于通知进程某个事件已经发生，例如进程终止、中断等。
https://en.wikipedia.org/wiki/Signal_(IPC)

这说明进程需要识别+处理信号 ，但在接收到信号前，进程就应该知道该怎么处理信号，所以进程的信号处理机制应该属于信号的内置功能 ，在接收到信号后，进程会在合适的时间处理该信号，在"接收到处理"的这一时间段中，进程需要保存信号。

2.信号的预备知识

2.1 了解前台进程和后台进程

我们之前运行可执行文件，

都是在前台运行，如果我们在程序名后加上取地址(&)，该进程就会在后台运行。

前台运行和后台运行有什么区别呢？（注意：程序是静态的，执行程序，一般就会创建进行）

我们可以用ctrl+c中断前台进程的运行，但中断不了后台进程。

这是因为后台进程不与用户直接交互，只有前台进程才会通过图形用户界面（GUI）或命令行界面（CLI）与用户进行交互，响应用户的输入和指令，且一个终端(会话/控制台窗口）一般只会有一个前台进程，可以有多个后台进程。

前台程序通常指的是与用户直接交互的应用程序或界面，它负责处理用户的输入和输出。
后台程序（也称为后台进程或服务）是在计算机系统中运行的，但不直接与用户交互的程序。它们通常在用户不知道或不需要直接干预的情况下执行任务。

2.1 Ctrl+C的本质

那么为什么ctrl+c可以中断前台进程呢？

因为键盘输入ctrl+c会被转换为前台进程识别的2号信号SIGINT,SIGINT信号的默认行为是终止自己。我们可以查看一下所有信号（本质上都是宏），一共62个。（没有32、33）

为什么进程收到2号信号SIGINT就会终断自己呢？

一般而言，进程收到信号有三类处理方式：

注意：自定义动作就是提供一个信号处理函数,要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数,这种方式称为信号的捕捉(Catch)。

SIGINT的默认动作就是终止自己。

我们可以编写程序验证一下，进程是因为收到信号2才退出的。

我们先认识一下signal函数，

在 C 语言中，signal() 函数用于设置一个信号处理程序，当指定的信号发生时，操作系统会调用这个信号处理程序来处理该信号。

参数：
- signum：要处理的信号编号（或者宏，SIGINT本质上是一个宏，其值就是2）。例如，SIGINT 表示用户中断信号（通常是 Ctrl+C），SIGSEGV 表示段错误信号，等等。
- handler：这是一个指向信号处理函数的指针，或者可以是两个特殊的宏 SIG_IGN（忽略信号）和 SIG_DFL（采用默认的信号处理行为）。
  注意：函数指针
返回值
- 成功时，返回之前的信号处理程序（即旧的信号处理程序）。
- 失败时，返回 SIG_ERR，并设置 errno 以指示错误原因。
  所以我们可以编写一个函数（自定义接收到SIGINT后进程的处理方式），用来替代SIGINT原来的默认行为（终止进程），当我们运行程序后，按下Ctrl+C，程序没有终止而是执行了我们编写函数的内容，就代表"SIGINT的默认行为确实是终止进程"。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;

//signo表示默认行为（旧的）
//函数体表示自定义的行为（新的）
void myhandler(int signo)
{
    cout << "catch signal " << signo << endl;
}
int main()
{
    signal(SIGINT, myhandler);//也可以用2替代SIGINT
    while(true)
    {
        cout << "hello world" << endl;
        sleep(1); 
    }
    return 0;
}

运行结果：

验证无误。

可是这样我们就无法用"Ctrl+C"终止当前进程了，我们可以用"kill -9"杀掉这个进程，也可以在myhandler函数体中，加上进程退出语句exit(1)，

这样输入一次Ctrl+C后，进程就会退出。

2.3 Ctrl+C如何变成信号的

Ctrl+C 组合键在 Linux 和其他类 Unix 系统中被用来发送一个特定的信号给正在运行的前台进程，这个信号通常被称为 SIGINT（中断信号）。以下是 Ctrl+C 如何变成信号并影响前台进程的详细过程：

1. 用户输入

当用户在终端或命令行界面中按下 Ctrl+C 组合键时，这是一个明确的用户操作，表示希望中断当前正在运行的前台进程。

2. 终端程序捕获

终端程序（如 bash、zsh 等 shell）会捕获这个按键组合。终端程序是用户与操作系统内核之间的一个接口，它负责接收用户的输入并将其转换为相应的操作或命令。

3. 发送信号给前台进程

终端程序识别到 Ctrl+C 后，会生成一个 SIGINT 信号，并将其发送给当前正在运行的前台进程。前台进程是指当前在终端中运行且与用户交互的进程。

4. 内核处理信号

操作系统内核接收到终端程序发送的信号后，会将其传递给目标前台进程。内核是操作系统的核心部分，负责管理硬件、内存、进程等系统资源。

5. 进程处理信号

前台进程收到 SIGINT 信号后，会根据信号的默认处理方式或自定义处理方式来做出相应的响应。
- 默认处理方式：大多数情况下，SIGINT 信号的默认处理方式是终止进程的执行。也就是说，如果进程没有捕获或忽略这个信号，那么它会被终止。
- 自定义处理方式：有些程序可能会捕获 SIGINT 信号，并进行自定义的处理，比如保存数据、释放资源等，然后再退出。这通常是通过在程序中注册一个信号处理函数来实现的。

6. 进程终止或继续

根据进程对 SIGINT 信号的处理方式，进程可能会被终止，也可能会继续执行（如果它捕获了信号并进行了自定义处理）。

注意事项

Ctrl+C 发送的 SIGINT 信号是前台进程组信号，这意味着如果当前有多个进程组成了一个前台进程组，那么它们都会收到这个信号。
除了 SIGINT 外，Linux 系统中还有许多其他信号，如 SIGKILL（强制终止进程）、SIGTERM（请求终止进程）等，它们都可以通过不同的方式发送给进程，以实现对进程的控制和管理。
前台进程在运行过程中用户随时可能按下Ctrl-C而产生一个信号,也就是说该进程的用户空间代码执行到任何地方都有可能收到SIGINT信号而终止,所以信号相对于进程的控制流程来说是异步(Asynchronous)的

来源：https://yiyan.baidu.com/

可参考
linux信号| 学习信号四步走 | 学习信号需要打通哪些知识脉络？
键盘输入流程

3.不是所有的信号都可以被signal()捕捉

3.1捕捉信号3（SIGQUIT）

我们用signal()来捕捉3号信号，

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;

void myhandler(int signo)
{
    cout << "catch signal " << signo << endl;
}
int main()
{
    signal(3, myhandler);
    while(true)
    {
        cout << "hello world" << endl;
        sleep(1); 
    }

    return 0;
}

重新编译并运行，

但我们向进程myprocess发送3号信号时，

旧的默认行为被替换成打印"catch signal:3"，

3.2 捕捉信号19(SIGSTOP)

将上面代码中

cpp 复制代码

    signal(3, myhandler);

改成

cpp 复制代码

    signal(19, myhandler);

重新编译并运行，

向该程序发送19号信号后，进程直接终止，说明19号信号没有被signal捕获。

我们可以写一个循环，按照上面的方法一一测试所有的信号是否能被捕捉。

前31个信号中，只有9号信号和19号信号无法被捕捉。