初步理解Linux中的信号概念以及信号产生

信号

理解信号

进程是如何从键盘得到信号的

信号的产生

理解信号

1. 生活角度的信号

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：

执行默认动作（幸福的打开快递，使用商品）
执行自定义动作（快递是零食，你要送给你你的女朋友）
忽略快递（快递拿上来之后，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

2、技术角度的信号

在我们的云服务器中，我没每登录一次shell就会让见一个bash子进程，由于Linux系统规定，每次只允许有一个前台进程，可有多个后台进程，当我们在运行前台进程的时候，可以在命令行上输入ctrl+c来让我们的程序终止，这也就是在发送终止信号

注意：

1、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。

信号的概念十分简单，就是：进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

根据上面我们所说的背景知识，将我们的进程当作人，快递当作信号，我们可以得出下面的结论：

1、进程必须能够**识别和处理信号，**需要存在处理信号的能力，属于进程内置功能

2、当进程收到信号时，进程可能不会立即处理，会在合适的时候进行处理

3、一个进程从收到信号，到处理信号之间的时间，叫做时间窗口，此时进程需要能够保存信号

4、信号处理的方式：a、默认动作(大部分为终止),b、忽略，c、自定义动作（动作的捕捉）

进程是如何从键盘得到信号的

当我们的计算机在设计的时候，为了方便检查我们外设上面的资源，采取了一种中断的方法，中断就是指CPU暂停正在运行的服务，转向为中断源服务，结束之后在继续回到原来工作进行处理的一种方式，当我们的外设上面存在数据之后，我们的外设通过硬件（中断单元）的响应，让Cpu知道我们某一外设上存在数据，然后控制OS进行数据读取，然后送到用户缓冲区，当我们的操作系统对输入数据进行解析之后，发现是信号，就会在OS内维护的一张中断向量表内寻找中断方法。再次传递给我们进程。

信号的产生

信号产生有五种方式：

1、键盘组合键

可以通过键盘组合键来产生信号，例如ctrl+c（2号信号），ctrl+'\'（3号信号）

ctrl+c（2号信号），进程终止

ctrl+'\'（3号信号）

2、kill命令

Linux中 kill 命令可以向指定进程发送指定的信号，从1号到31号信号我们叫做普通信号，34号到64号叫做实时信号 ，其中缺少了32和33号。在1到31号信号中，不可以自定义的信号有9好和19号 ，其他的信号可以进行信号捕捉。

3、系统调用

这里介绍三个系统调用接口

signal

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

功能：进行信号捕捉，自定义信号操作（9号19号除外）

参数：signum：信号编号

handler：自定义函数

返回值可以忽略

kill

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

功能·：向指定进程发送指定的命令

参数：pid 进程的pid

sig 信号参数

返回值：成功为0，失败为-1

raise

#include <signal.h>

int raise(int sig);

功能：给自己发送指定信号

参数：sig 信号参数

返回值：成功为0，失败为 -1

abort

#include <stdlib.h>

void abort(void);

功能：给当前进程发送6号信号（注意：调用该函数时，就算捕捉了6号信号还是会退出进程）

4、异常

我们目前最熟悉的异常一个就是野指针和除以0了，在信号中分别对应11号和8号信号，当我们发送这样的异常时，尝试去捕捉8号信号

cpp 复制代码

void myhandler(int sing)
{
    cout << "process get signal : " << sing << endl;
}
int main()
{
    signal(8, myhandler);

    int a = 10;
    int b = 0;
    while (true)
    {
        a /= b;
        cout<<"please cout me"<<endl;
        sleep(1);
    
    return 0;
}

运行结果如下：我们会发现，他会一直调用我们的handler函数，其他代码不会进行执行。

现象解释：在我们的进程在被调度的过程中，我们的CPU中存在一个状态寄存器，他会保存我们当前进程的状态，在其中有一个bit位代表着溢出，当我们除以零的时候，这个计算值就会趋近于武器大，导致溢出位异常，当我们的CPU每次运行这个进程的时候，都为带着这个进程的上下文来CPU中进行计算，当我们的溢出标志位一旦溢出，就会发送8号信号，但是我们对信号进行了捕捉，导致这个进程并没有终止，所以我们的溢出标志位一直存在，导致无论什么时候我们在运行这个进程的时候，都会检测溢出标志位，发送8号信号，导致我们自定义函数一直被调用.

5、软件条件

我们在管道的时候以及学过了SIGPIPE信号，它就是一种软件条件产生的信号，当我们的管道的读端被关闭的时候，写端会产生SIGPIPE信号来关闭进程

我们再来介绍一个函数alarm

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号，该信号的默认处理动作是终止当前进程。

这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。打个比方,某人要小睡一觉,设定闹钟为30分钟之后响,20分钟后被人吵醒了,还想多睡一会儿,于是重新设定闹钟为15分钟之后响,"以前设定的闹钟时间还余下的时间"就是10分钟。如果seconds值为0,表示取消以前设定的闹钟,函数的返回值仍然是以前设定的闹钟时间还余下的秒数

验证一下：

cpp 复制代码

int main()
{
    alarm(5);
    while (true)
    {
        cout << "I an running" << endl;
        sleep(1);
    }
}

结果刚好在五秒后关闭