[Linux——Lesson21.进程信号：信号概念 & 信号的产生]

dragoooon342025-11-08 9:21

目录

前言

一、🤔什么是信号

1-1🍕生活中的信号

🚀技术应用角度的信号

二、🧐信号及信号的产生

[2-1 🍟信号的概念](#2-1 🍟信号的概念)

[2-2 🍔信号的处理方式](#2-2 🍔信号的处理方式)

1️⃣信号捕捉(Catch)

[2-3 🌭信号的产生方式](#2-3 🌭信号的产生方式)

2-3-1🐕键盘输入

[2-4 🍳系统调用产生信号](#2-4 🍳系统调用产生信号)

[2-5 🥐软件条件产生信号](#2-5 🥐软件条件产生信号)

[2-5 🍞异常产生信号](#2-5 🍞异常产生信号)

三、🤓对信号产生方式的理解

3-1🥗键盘产生信号

[3-2 🥪异常信号的理解](#3-2 🥪异常信号的理解)

结束语

前言

在 Linux 操作系统的进程管理体系中，信号是贯穿始终的核心通信与控制机制，它像一套精密的 "指令集"，协调着进程间的交互、响应系统事件并处理异常场景。理解信号的运作逻辑，是打通进程管理、系统调用及异常处理等核心知识点的关键纽带🗽。

本节将围绕信号的核心脉络展开，从基础概念切入，逐步深入信号的产生、阻塞与递达机制，再到信号捕捉的实践方法，同时关联中断原理、系统调用机制及可重入函数等关键知识点，最终结合 SIGCHLD 等具体信号场景落地实践，助力构建完整的 Linux 进程信号知识体系。

一、🤔什么是信号

1-1🍕生活中的信号

在生活中存在各种各样的信号，例如：红绿灯、闹钟、手势......每当我们接收到一个信号，我们就会执行对应的操作，例如红灯停、绿灯行......

为什么我们会对不同的信号有对应的执行动作呢？原因是：

  1. 我们能够识别一个信号，知道其中的含义；
  2. 我们从小接受的教育告诉我们应当如何去做；

***但是我们收到一个信号之后必须去执行相应的动作吗？***那也不一定。

  • 假设你在网上买了很多件商品，再等待不同商品快递的到来。但即便快递没有到来，你也知道快递来临时，你该怎么处理快递。也就是你能"识别快递"。
  • 当快递员到了你楼下，你也收到快递到来的通知，但是你正在打游戏，需5min之后才能去取快递。那么在在这5min之内，你并没有下去去取快递，但是你是知道有快递到来了。也就是取快递的行为并不是一定要立即执行，可以理解成"在合适的时候去取"。
  • 在收到通知，再到你拿到快递期间，是有一个时间窗口的，在这段时间，你并没有拿到快递，但是你知道有一个快递已经来了。本质上是你"记住了有一个快递要去取"。
  • 当你时间合适，顺利拿到快递之后，就要开始处理快递了。而处理快递一般方式有三种：1. 执行默认动作（幸福的打开快递，使用商品）2. 执行自定义动作（快递是零食，你要送给你你的女朋友）3. 忽略快递（快递拿上来之后，扔掉床头，继续开一把游戏）。
  • 快递到来的整个过程，对你来讲是异步的，你不能准确断定快递员什么时候给你打电话。
🚀技术应用角度的信号

在Linux中，我们常常通过键盘按下Ctrl + c 来终止一个前台进程。

用户按下Ctrl + c，这时键盘会产生一个硬件中断，被OS获取，解释为信号，发送给目标进程，前台进程因为收到这个信号，进而引起进程退出。

前台进程与后台进程

./filename 启动一个进程，该进程为前台进程，在这条命令后加一个 & 可以将该进程放到后台运行；

bash 复制代码 
$ ./filename 	# 启动后，进程在前台运行
$ ./filename & 	# 启动后，进程在后台运行

注意：

  Ctrl-C 产生的信号只能发给前台进程 。一个命令后面加个 & 可以放到后台运行，这样Shell不必等待进程结束就可以接受新的命令，启动新的进程。
  Shell可以同时运行 一个前台进程 和任意 多个后台进程 ，只有 前台进程才能接到像 Ctrl-C 这种控制键产生的信号。
 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。

在许久之前，我们也曾用过kill -9 的指令来终止一个进程，它的本质也是给进程发送 9 号信号来让进程终止。

二、🧐信号及信号的产生

2-1 🍟信号的概念

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于 软中断 。

Linux中存在许多信号，我们可以使用 kill -l命令查看Linux中有哪些信号：

Linux中，有 62种信号 ，前31种（1~31）信号被称为 标准信号 ，每个信号都有特殊的含义及用途。后31种（34~64）信号被称为 实时信号 ，可用于实时应用程序的拓展信号，提供了更多的灵活性。注意中间并没有32和33号信号 。

我们可以通过man手册来查询不同信号的含义man 7 signal:

并且每个信号的编号都有自己的名字，这些 名字 其实就 是 C 语言的 宏 ，如果调用信号，既可以通过信号的名称调用，也可通过信号的编号调用。当然，这么多的信号并不需要你全部记下来，我们在运用的过程中就会知道哪些信号常用，哪些不常用。这些宏定义可以在signal.h中找到。

2-2 🍔信号的处理方式

信号的 常见处理方式 有以下几种：

  1. 忽略此信号。
  2. 执行该信号的默认处理动作。
  3. 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，这种方式称为捕捉(Catch)一个信号。

我们以信号的方式来终止进程，我们通过一下代码进行测试：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{
    while(true)
    {
        std::cout << "I'am a proc, I'm running now..., pid: " << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

我们使用9号信号 和2号信号杀死了进程，这种发命令做出对应行为的方式 就是进程执行了信号的默认动作。就像我们潜意识知道在十字路口红灯停、绿灯行一样。

1️⃣信号捕捉(Catch)

但是今天我们以 信号捕捉 的方式来处理发来的信号，我们就需要用到 signal 接口：

cpp 复制代码 
#include <signal.h>

void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);
  • signum参数 ：传入需要捕捉的信号（名字或编号），当进程收到与其相匹配的信号时则会调用第二个参数，否则不会有任何动作。
  • handler参数 ：handlder方法，此方法为自定义方法，当收到signum信号则不会执行该信号的默认动作，变为执行该方法。
  • 返回值 ：返回前一个信号处理方法。

值得注意的是，我们在设置信号捕捉时，并不需要将此接口放入循环之中，只需要调用该接口一次，在整个程序中则一直循环有效。我们设置一个signal方法做测试：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>

void handler(int signo)// 回调函数，收到信号则执行handler方法
{
    std::cout << "get a sig, number is: " << signo << std::endl;
}

int main()
{
    signal(SIGINT, handler);// 设置信号捕捉

    while(true)
    {
        std::cout << "I'am a proc, I'm running now..., pid: " << getpid() << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

在这个例子中，程序注册了一个用于处理 SIGINT 信号的处理函数 handler。当用户按下Ctrl+C发送SIGINT信号时，程序不会终止而是会调用这个处理函数来执行相应的操作。

注意

  • 9号信号是不能被捕捉、阻塞和忽略的。

*** signal函数执行时并不会立刻对handler执行回调，只有当收到对应的信号时，才会执行回调。*** 比如，你跟室友打赌输了，接下来一周等红绿灯需要听室友的，本来红灯停变为了红灯唱歌，但是我们并不知道室友什么时候让你唱歌。也就是说，因为信号是异步触发，所以只有收到信号时才会执行回调

信号的默认处理方式还剩下忽略信号，也就是信号发送到进程，但是进程对其不管不顾。在程序中，使用捕捉的方式实现信号忽略，那么signal第二个参数应该调用 SIG_IGN （signal ignore）：

在底层，SIG_IGN 是将整形1强转为 __sighandler_t 类型，于是就可以告诉OS，进程运行时以忽略的方式将 signal 函数的第一个参数忽略：

上⾯的所有内容，我们都没有做⾮常多的解释，主要是先⽤起来，然后渗透部分概念和共识，下⾯我 们从理论和实操两个层⾯，来进⾏对信号的详细学习、论证和理解。为了保证条理，我们采⽤如下思 路来进⾏阐述：

2-3 🌭信号的产生方式

2-3-1🐕键盘输入

前面我们已经提到了两种信号产生 的方式：键盘、kill 指令。

当你在键盘上按下Ctrl+C 时，这个动作实际上会产生一个中断信号，这个信号被称为SIGINT（Interrupt Signal）。操作系统内核（kernel）通过键盘驱动程序来监测键盘的输入事件。当Ctrl+C组合键被按下，键盘驱动程序会通知内核，内核然后生成一个SIGINT信号并将其发送给与当前前台进程相关联的终端。

以下是简要的工作流程：

键盘特定输入 ------> OS解释为信号 ------> 向目标进程发送信号 ------> 进程收到信号 ------> 进程做出响应

  • 键盘输入： 当你按下键盘上的键时，键盘控制器检测到这个事件，并将相应的扫描码发送到计算机。
  • 中断请求（IRQ）： 键盘控制器通过硬件中断请求（IRQ）通知CPU有一个新的中断事件发生。
  • 中断服务程序： 操作系统内核中有一个与键盘输入相关的中断服务程序，它被调用以处理键盘中断。
  • 生成信号： 中断服务程序检测到Ctrl+C组合键后，它会生成一个SIGINT信号。
  • 信号传递： 生成的SIGINT信号被发送给当前前台进程的进程组。前台进程是与终端相关联的活跃进程。
  • 信号处理： 如果前台进程注册了SIGINT的信号处理函数，该函数将被调用以执行相应的操作。如果没有注册处理函数，则默认操作是终止进程。
  • 总体来说，键盘输入被硬件中断机制捕获，通过中断服务程序和信号机制，通知操作系统内核产生了一个SIGINT信号，最终传递给前台进程。

比如：当我们把二号信号进行捕捉，并且回调函数只对信号进行打印动作，我们再使用 Ctrl-C 就杀不死该进程了：

而键盘中并不只有 Ctrl-C 组合，还有 Ctrl-\ 组合，这里我使用的就是 Ctrl-\ 退出进程的，其对应信号的 3号信号。

2-4 🍳系统调用产生信号

我们可以用kill 想指定进程发送指令。我们除了可以直接使用kill指令 向进程发送信号外，还可以在程序中调用kill函数来进行指令发送。

**kill 函数是一个用于向指定进程发送信号的系统调用。它可以用于向指定进程发送任何一个有效的信号，例如终止进程、挂起进程、继续执行进程等。**以下是 kill 函数的基本信息：

cpp 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

参数：

  • pid：要发送信号的目标进程的进程ID。
  • sig：要发送的信号的编号，可以是标准信号（如 SIGKILL）或用户自定义的信号。

返回值：

  • 如果成功，返回0；如果失败，返回-1，并设置相应的错误码（errno）。

功能：

  • kill 函数用于向指定进程发送信号。信号可以是预定义的标准信号（如 SIGKILL、SIGTERM）或用户自定义的信号。通常用于进程间通信、控制进程的行为，或者强制终止进程等。

注意事项：

  • 如果将 pid 参数设置为0，则信号会发送给调用进程的进程组中的所有成员。
  • 如果将 pid 参数设置为-1，则信号会发送给调用进程有权发送信号的任意进程（权限通常由 effective user ID 决定）。
  • 如果发送 SIGKILL 信号（编号为9），则表示强制终止目标进程，目标进程将无法捕获或忽略该信号。

我们编写一段代码测试kill调用：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 3)// 参数控制为三个
    {
        std::cout << "Usage: " << argv[0] << " -signumber pid" << std::endl;
        return 1;
    }
    // argv[0]: ./testSig 运行可执行程序
    // argv[1]: 发送的信号
    // argv[2]: 进程pid

    int signumber = std::stoi(argv[1]);// argv[1]
    int pid = std::stoi(argv[2]);// argv[2]

    int n = kill(pid, signumber);
    if(n < 0)
    {
        std::cerr << "kill error, " << strerror(errno) << std::endl;
    }

    return 0;
}

除了kill 系统调用之外，Linux还提供了一个 raise 接口：

cpp 复制代码 
int raise(int sig);
  • 功能 ：传入信号给当前进程（调用此接口的进程）。
  • sig参数 ：需要传入的信号。
  • 返回值 ：0表示成功，非0为失败。

我们编写一段代码测试raise调用：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    int cnt = 0;
    while(true)
    {
        std::cout << "cnt: " << cnt++ << std::endl;
        sleep(1);
        if(cnt == 5)// 5s 后退出进程
        {
            std::cout << "send 9 signal to caller" << std::endl;
            raise(9);
        }
    }

    return 0;
}

除了raise系统调用之外，Linux还提供了一个 abort接口：

cpp 复制代码 
void abort(void)
  • 功能 ：对自己发送指定的信号，为6号信号 SIGABRT。

我们编写一段代码测试abort调用：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    int cnt = 0;
    while(true)
    {
        std::cout << "cnt: " << cnt++ << std::endl;
        sleep(1);
        if(cnt == 5)// 5s 后abort进程
        {
            std::cout << "send 6 signal to caller" << std::endl;
            abort();
        }
    }

    return 0;
}

2-5 🥐软件条件产生信号

我们曾经学过管道，而管道四种特性有一种是 当没有读端时，写端会被终止。管道不具备写的软件条件了，所以触发了终止信号，这种信号为 SIGPIPE（13号信号） 。

除此之外，由软件条件产生的信号还有alarm 函数 和 SIGALRM（14号信号） 信号：

cpp 复制代码 
#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

  • 参数：

    • seconds：设置定时器的时间间隔，单位是秒。当定时器计时到达指定的秒数后，将发送 SIGALRM 信号给进程。

  • 返回值：

    • 返回之前设置的剩余秒数，如果之前没有设置定时器，则返回 0。

  • 功能：

    • alarm 函数用于设置一个定时器，当定时器计时到达指定的秒数后，进程将收到 SIGALRM 信号。该信号默认会终止进程，但可以通过注册信号处理函数来改变其行为。

  • 注意事项：

    • 如果之前已经设置了定时器，调用 alarm 函数将取消之前的定时器，并用新的时间间隔重新设置。
    • 如果将 seconds 参数设置为 0，表示取消之前的定时器，即不再发送 SIGALRM 信号。

我们在代码上直观感受一下闹钟的响应：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    // 设置一个闹钟
    alarm(1);
    
    int cnt = 0;
    while(true)
    {
        std::cout << "cnt: " << cnt++ << std::endl;
    }
    return 0;
}

大概有3万七千次左右，虽然我们云服务器配置不高，但是3万7千次未免太少了。我们把打印信息注释掉，并且设置一个全局变量，让其在循环内一直做++，对14号信号再进行捕捉，捕捉回调方法打印全局变量：

这次运行居然有5亿多次累加，至于为什么我们前面打印次数如此的少，这里可以给出两个原因：

1️⃣在Linux下，一切皆文件，前面对屏幕打印文字的行为，本质上是对显示器文件进行疯狂打印。在前后对比下，我们能直观的发现其实 IO很慢 。

2️⃣由于我们是使用了云服务器，真正运行并不在本地运行，我们向云服务器发送命令，以及云服务器将信息从远端发到本地，都是经过网络的。

闹钟在被设置的时候，其默认动作只会响一次！如果我们想要设置多个闹钟，我们可以在回调handler方法里再加上n秒的闹钟，这样，第一次闹钟响了之后，进程收到闹钟信号执行回调方法，而main函数是被循环卡死的，所以往后就每隔n秒响一次闹钟。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

void handler(int signo)// 收到闹钟信号进行回调
{   
    std::cout << "get a sign: " << signo << std::endl;
    int n = alarm(2);
    // exit(0);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    signal(SIGALRM, handler);
    // 设置一个闹钟
    alarm(4);

    int cnt = 0;
    while(true)
    {
        sleep(1);
        std::cout << "cnt: " << cnt++ << std::endl;
    }

    return 0;
}

如果我们设定一个闹钟需要很久之后才会响应，但是我在此期间发送14号信号提前对SIGALRM进行捕捉，执行handler方法的回调，返回值是什么呢？

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

void handler(int signo)// 收到闹钟信号进行回调
{   
    std::cout << "get a sign: " << signo << std::endl;
    unsigned int n = alarm(2);

    std::cout << "闹钟剩余时间: " << n << std::endl;
    // exit(0);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    signal(SIGALRM, handler);
    // 设置一个闹钟
    alarm(100);

    int cnt = 0;
    while(true)
    {
        sleep(1);
        std::cout << "cnt: " << cnt++ << ", pid is: " << getpid() << std::endl;
    }

    return 0;
}

我们只对闹钟进行了一次kill信号，我们第一个闹钟设置了100s，而提示信息是每隔一秒打印一次，算下来刚好过去5s，打印出的返回值为95s，而第二次回调的时候闹钟剩余时间就变为0了，这也就证实了alarm接口返回值是上一次闹钟剩余时间。

接下来我来解释一下为什么闹钟也能作为软件条件？我们知道，alarm接口是系统调用接口，也就是说，设定闹钟，实际上是在操作系统内部设定的。而操作系统中存在的闹钟定然不止一个，所以OS一定要对这些闹钟做管理，如何管理？先描述，再组织！

根据以往经验，闹钟一定是有自己的结构体，结构体内有着必要的属性成员，那么在结构体的属性成员当中，就必定有闹钟的过期时间成员，用来记录闹钟的过期时间！

cpp 复制代码 
struct alarm
{
	uint64_t expired_time;// 闹钟过期时间
	// ...其他属性字段
}

而闹钟的过期时间实际上是一个时间戳，一个线性增长的时间。那我们应该以什么样的结构组织起来这些闹钟呢？经常看我博客的小伙伴第一反应很可能是链表。设置一个双链表，按照闹钟过期时间来排序，之后我只要找到第一个过期的闹钟，那么在此之后必然全部都是过期闹钟。

虽然这种想法很好，但是我们有更优解，我在很早之前写过一篇博客：堆与堆排序 而操作系统就是采用最小堆的方法组织闹钟结构！以最小堆的堆顶一定是最近一次即将超时的闹钟。所以往后，OS只需要查找堆顶元素，过期了就释放掉，再通过堆调整，将次要过期的闹钟调整到堆顶。

2-5 🍞异常产生信号

第五种信号的产生方式，程序出了异常，操作系统定然不会在放任这个问题进程不管，会采取一定的措施，OS为了能让程序员知道程序出了问题，于是设置了一些常出现的异常信号，当进程出现异常时，OS将会对进程发送异常信号，爆出异常缘由。

异常并不一定是由程序的语法、逻辑问题带来的，可很有可能是外部设备出了问题，所以异常又被分为 软件异常 和 硬件异常 。

软件异常通常有除零错误或者溢出错误引起的。而硬件异常通常是有进程访问无效地址引起的，一般有段错误等 。具体情况具体分析，我们先对除零错误进行模拟：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    int a = 10;
    a /= 0;

    while(1) sleep(1);
    return 0;
}

除零错误会在Shell上爆出 Floating point exception 错误信息 ，并且除零错误对应的信号是 SIGFPE（8号信号） 。我们再来模拟一下野指针异常 ：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    int* p = nullptr;
    *p = 50;
    
    return 0;
}

野指针异常 通常会爆Segmentation fault 错误 ，想必学C/C++的小伙伴对这种报错会经常见到，而其对应的异常信号为 SIGSEGV（11号信号） 。

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。例如当前进程执行了除以0的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释 为SIGFPE信号发送给进程。再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。

三、🤓对信号产生方式的理解

3-1🥗键盘产生信号

键盘产生数据毫无问题，但是操作系统是如何对组合键做出特殊处理的，OS怎么知道我使用Ctrl C 就是要发送2号信号给进程呢？我们都知道，操作系统向下管理软硬件资源，那么键盘硬件资源当然也属于操作系统管理范畴。

所以，我们从键盘输入组合键，是由操作系统说的算的，而你使用的组合键是被OS解释为了命令。输入方在与键盘，解释方为操作系统，也就是说，键盘输入的到底是普通数据还是特殊命令，是由键盘驱动和OS联合解释的 。

这么看来操作系统只需要解释我们输入的信息即可，但是对于OS来说，用户输入的动作一定是异步的。而我们在日常使用键盘的时候，操作系统似乎是优先处理的。这样对于操作系统的压力是不是有些大了？要知道OS可不止需要监测键盘，还有其他异步硬件，网卡就是典型的例子。OS并不能保证何时会不会有信息从网络发来。

显然操作系统如果一直对这些异步发生的硬件进行监视的话，会将操作系统的性能拉低，而操作系统存在的意义就是，向下对软硬件资源管理，向上为用户提供良好服务。所以定然不会无时无刻监视这些硬件，于是就有人提出了 硬件中断技术 。

早在我们电脑开机的时候，操作系统就给我们生成了一张 中断向量表 ，这张表提前注册对软硬件资源操作的方法。比如此表的二号下标的方法就是用来读取键盘输入的数据。而所谓的中断向量表实际上是一个 函数指针数组 。那么其究竟是如何实现通过程序来访问硬件资源的呢？

通过冯诺依曼结构，我们知道，CPU在数据层面只和内存级打交道。但是在每个CPU上都存在许多的针脚，这些针脚是物理性的，在主板上可以和各个硬件相连接，包括键盘也是通过CPU的针脚连接的。每个针脚都有自己的编号。而未来我们在按键盘时，通过针脚，使 CPU触发硬件中断！当然也没这么简单，他们之间可能存在 8259可中断控制器，这个我们目前不需要了解。

不管如何，键盘和CPU可以通过针脚相互连接，而用户在键盘上输入数据时（发送高电平），就会触发硬件中断，此时CPU就可以检测到这个针脚有高电平，从而识别到键盘。而这时，CPU中的寄存器会将中断号（针脚编号）保存在寄存器内部，至此，硬件的动作就完成了！

寄存器收到中断号后，被操作系统检测到，此时操作系统就会停下手头的工作。拿着这个中断号从中断向量表中查询**（中断号就是中断向量表的下标索引）** 对应处理键盘资源的方法，进而调用这个方法去收集键盘发来的数据了。于是就可以把从键盘输入的数据读取到内存当中了。严格意义上来说，键盘文件也是文件，OS会先将数据读入到键盘文件的缓冲区里。

读取到的键盘数据经过操作系统对字符的判定，判定为数据则发送到当前进程打开的键盘文件缓冲区中，而被判定为控制命令的组合键，则会被解释为信号，比如我输入了Ctrl C，那么OS就会将其解释为2号信号，而并非普通字符信息。这时，这个信号就会发送给调用键盘文件的进程，从而执行对应的动作。

*** 那么操作系统如何解释控制命令❓***实际上，信号在到来时，我们在处理更重要的事情，暂时不能处理到来的信号，所以我们一定需把信号保存到PCB中 ！要知道信号可是有整整62种，一个进程可能会存在多个信号，所以OS定要对这些信号做管理，如何管理？先描述，再组织 ！

而这些信号则是由位图这结构描述组织的！并且这个位图只需要32位比特位，因为标准信号只有31种，所以32位比特位完全够用。如果用户通过键盘对当前用户输入了Ctrl C，则会被操作系统解释为2号信号，通过位图，将第对应的比特位由0置1即可完成OS对进程发送信号。也就是说，操作系统向进程发送信号的本质是对进程PCB的位图进行写入操作 !

3-2 🥪异常信号的理解

前面出现了 除零错误（SIGFPE） ，以及野指针错误（SIGSEGV） 都属于异常产生的信号，首先我们来分析除零错误。

计算错误：

除零错误，实际上也就是计算错误，在硬件方面，计算错误表现在CPU的寄存器上，我们知道，程序的计算都是在寄存器内完成的，寄存器可以存贮少量数据，而当计算发生错误，CPU停止对进程的操作，转而告诉操作系统当前处理的进程发生了计算错误。

在CPU中存在一个标志寄存器，EFLAGS/RFLAGS标志寄存器 ，其 用于检测有符号数运算是否发生了溢出 。这个寄存器存在一个名为 OF(OverFlow) 的标志位。当发生溢出错误时，OF被置为1，否则被置为0。

操作系统收到CPU发来的信息，发现进程不再被调度了，于是操作系统就会检查EFLAGS/RFLAGS寄存器的溢出标记位OF，从而检测出当前进程出了计算异常，于是 OS就对当前进程发送（向pcb内写入）8号信号 ！

当我们对除零错误的异常信号进行捕捉，并且保持进程一直在运行状态：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>

void handler(int signo)
{
    std::cout << "get a sig: " << signo << std::endl;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    signal(SIGFPE, handler);

    int a = 10;
    int b = 0;
    a = a / b;

    while(true) sleep(1);
    
    return 0;
}

我们把异常信号的默认执行方式进行了捕捉，从而执行我们的handler方法回调。而handler方法我们仅仅打印了一句话，所以这个异常信号依旧存在。我们都知道，在CPU中寄存器只有一套，而 寄存器的数据可以有很多 ，这些数据我们称为 进程的上下文数据 。

但是当前进程被我们设置为一直在运行，异常在进程中仍然存在，这个时候OS又会向OF读取异常数据，进而再一次的对当前进程发送8号信号，这样不断的循环，就导致了上图的结果。

野指针异常：

野指针异常是因为非法访问地址，而我们通过之前的学习，我们知道野指针内的地址一定是虚拟地址，而虚拟地址要映射到物理内存需要经过 由OS和CPU(MMU) 的 转化。而既然存在转化，就一定存在转化成功或者失败，我们来讨论一下转化失败的情况。

在CPU中还存在两个很重要的寄存器：CR2 和 CR3 寄存器，其中cr2寄存器 用于存储导致页表映射错误的虚拟地址 。而cr3寄存器用于 存储页表的基地址，指向当前页表 。现代电脑上的 MMU单元 都是被集成的CPU上的，其用于 虚拟到物理地址之间的转换 。

当进程出现了野指针异常时，当前进程就会停止调度，OS就会来检查为何当前进程停止调度，而CPU对cr2寄存器进行读取，发现当前进程出现了野指针错误，于是OS就对当前进程发送11号信号（SIGSEGV）从而终止进程！

总结：

** 所以产生信号不论是系统调用还是软件条件，亦或者是键盘、异常产生的信号，都是由操作系统同一发送的，因为OS作为软硬件资源的管理者，当进程出现异常时，需要对进程做相应的处理，这也就是为什么我们在windows下运行一些带有错误的程序时，进程会直接终止。**

结束语

以上是我对于【Linux文件系统】进程信号：信号概念 & 信号的产生

感谢您的三连支持！！！

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