[Linux]-----进程信号

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前言

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正文开始！

一、什么是信号

生活中的信号有哪些呢？

红绿灯，下课铃声，信号枪，烽火台，旗语…

我们是如何得知这些信号呢？

别人教(能够认识这些场景下的信号以及所表示的含义)

我们知道对应的信号产生时，要做什么呢？

我早就知道了信号产生之后我们要做什么！即便当前信号还没有产生！—>我们提前已经知道了这个信号的处理方法！

即便这个信号还没产生，我们已经拥有处理信号的能力！

二、进程信号

信号是给进程发送的，进程要具备处理信号的能力！

1. 该能力一定是预先已经拥有的。
2. 进程能够识别对应的信号。
3. 进程能够处理对应的信号。

进程处理信号的能力是程序员给予的！OS帮我们提供！
对于进程来讲，即便这个信号还没产生，我们进程已经具有识别和处理这个信号的能力！

前台进程和后台进程

前台进程运行的时候你输入其他的命令Bash是无法给你做出响应的！

./程序名 &

以后台进程去运行，你输入其他的命令是可以继续执行的！
但是打出来的东西很乱！

那么如何终止这个进程呢？

jobs

查看后台进程任务编号就是1

将该进程提至前台运行

fg(front ground) 编号

然后Ctrl+c终止进程即可！

让进城在放置后台运行

bg 编号

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。
2. 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。
3. 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。

三、信号列表

用kill -l命令可以察看系统定义的信号列表

每个信号都有一个编号和一个宏定义名称,这些宏定义可以在signal.h中找到,例如其中有定 义 #define SIGINT 2

Linux下一共有62个信号！
Linux下的信号被分为了两批

1. 1-31(普通信号)—>常用的信号
2. 34-64(实时信号)—>常用于实时操作系统！

我们常用的计算机都是分时操作系统，所以就着重带大家了解前31个信号即可！

因为信号产生时是异步的，当信号产生的时候，对应的进程可能正在做更重要的事情，我们进程可以暂时不处理这个信号！

所以进程可能不需要立即处理这个信号！—>不代表这个信号不会处理！

但是必须记住这个信号已经来了(有信号来了吗？什么信号？)

信号的捕捉

1. 默认动作
2. 忽略信号
3. 自定义动作

进程是如何记住这个信号的，在哪呢？

保存在进程的PCB中的！！

tash_struct{
	uint_32 sig;//位图结构，每一位代表一个信号，1表示发生
};
task_strcut是内核的数据结构！--->所以只有操作系统有权利修改task_struct内的数据位图！！
OS是进程的管理者，进程的所有属性的获取和设置，只能由OS来！-->无论信号怎么产生，最终一定是OS帮我们进行信号的设置的！！！
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有没有产生？[bit位的内容]
什么信号产生?[bit位的位置]

举个栗子：0000 0010 就代表有信号产生，是二号信号！（默认从右往左数）

四、信号产生前

用户层产生信号的方式

1. 键盘产生
   谁给进程发送的信号呢？—> 只能是操作系统—>更改PCB中的位图结构，该信号比特位由0置1

2. 通过系统接口完成对进城发送信号的过程

3. 由软件条件产生信号

4. 硬件异常产生信号

signal函数

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;
void handler(int signo)
{
    cout << "我是一个进程，刚刚获取了一个信号： " << signo << endl;
    cout << cnt << endl;
}
int main()
{
    //这里不是调用hander的方法，这里只是设置了一个回调，让SIGINT(2)产生的时候，刚方法才会被调用
    //如果不产生SIGINT,该方法不会被调用！
    // ctrl + c :本质就是给前台进程产生了2号信号，发送给目标进程，目标进程默认对2号信号的处理是终止自己
    //我们更改了对二号信号的处理，设置了用户自定义处理方法
    signal(SIGINT, handler);
    sleep(3);
    cout << "进程已经设置完了！" << endl;
    while (true)
    {
        cout << "我是一个正在运行中的进程: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
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给上面代码设置3号信号的捕捉动作

signal(3, handler);

Ctrl+\是发送三号信号

注意：九号信号就算设置了默认处理函数，也照样可以杀掉该进程！

kill

自己实现kill命令

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

static void Usage(const std::string &proc)
{
    cerr << "Usage:\n\t" << proc << " signo pid" << endl;
}
//我想写一个kill命令
// mykill 9 1234
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(1);
    }
    if (kill(static_cast<pid_t>(atoi(argv[2])), atoi(argv[1])) == -1)
    {
        cerr << "kill" << strerror(errno) << endl;
    }
    return 0;
}
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raise

int main(int argc, char *argv[])
{
    signal(2, handler); //没有调用对应的handler方法，仅仅是注册
    while (1)
    {
        sleep(1);
        raise(2);
    }
    return 0;
}
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abort

发送的信号是SIGABRT信号

我们把SIGABRT设为默认处理会怎么样呢？

int main(int argc, char *argv[])
{
    signal(SIGABRT, handler); //没有调用对应的handler方法，仅仅是注册
    while (1)
    {
        sleep(1);
        abort();
    }
    return 0;
}
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所以六号信号是可以被捕捉的，但是还是要终止掉进程的！！！

由软件条件产生信号

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。

int main(int argc, char *argv[])
{
    alarm(1);
    for(;;)
    {
        //是谁在推动操作系统做一系列的动作呢？
        //硬件---时钟硬件--给OS发送时钟中断
        printf("hello : %d\n",cnt++);//统计一个我们的进程1S cnt++多少次
    }
    return 0;
}
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统计一个我们的进程1s会把cnt++多少次！

硬件异常产生信号

int main(int argc, char *argv[])
{
    int a=1;
    a/=0;
    return 0;
}
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除零:CPU内部有一个状态寄存器，
当我们除零的时候，CPU内的状态寄存器会被设置成为，有报错:浮点数越界
CPU的内部寄存器(硬件)，OS就会识别到CPU内有报错啦–>1.谁干的？
2.是什么报错？
(OS–>构建信号)—>目标进程发送信号–>目标进程在合适的时候–>终止进程

int main(int argc, char *argv[])
{
    int* p=nullptr;
    *p=1;
    return 0;
}
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越界&&野指针:我们在语言层面上使用的地址(指针),
其实都是虚拟地址—>物理地址—>物理内存–>读取对应的数据和代码的
如果虚拟地址有问题，地址转化的工作是由(MMU(硬件)+页表(软件))，转化过程就会引起问题，表现在硬件MMU上—>OS发现硬件出现了问题

进程崩溃的本质是该进程收到了异常的信号！

为什么呢？

因为硬件异常，而导致OS向目标进程发送信号，进而导致进程终止的现象！

崩溃了，一定会导致进程终止吗？？—>不一定！！

int main(int argc, char *argv[])
{   
    signal(3,handler);
    for(int i=1;i<32;i++)
    {
        signal(i,handler);
    }
    sleep(3);
    cout<<"进程已经设置完了！"<<endl;
    int a=10;
    a/=0;
    return 0;
}
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总结

• 上面所说的所有信号的产生，最终都要有OS来进行执行，为什么？—>OS是进程的管理者！
• 信号的处理是否是被立即处理的？–>在合适的时候
• 信号如果不是被立即处理，那么信号是否需要暂时被进程记录下来？记录在哪里最合适呢？
• 一个进程在没有收到信号的时候，能否知道，自己应该对合法信号作何处理呢？
• 如何理解OS向进程发送信号？能否描述一下完整的发送处理过程？

core dump字段

这是在我带大家了解进程控制时留的小尾巴，因为当时没有办法去讲！
[ Linux ] 进程控制(下)----进程等待与进程程序替换

int main(int argc, char *argv[])
{   
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        //子进程
        int* p=nullptr;
        *p=10;//野指针问题
        exit(1);
    }
    //父进程
    int status=0;
    waitpid(id,&status,0);
    printf("exit code: %d,signo: %d,core dump flag: %d\n",
    (status>>8)&0xff,status&0x7f,(status>>7)&0x1);
    return 0;
}
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man 7 signal

我们可以看到不同的信号有不同的Action，有的是Term直接终止了。。。。
那么Core是什么呢？

ulimit -a

线上生产中，core字段默认是0，也就是关闭的！
打开

ulimit -c 100000

打开core字段后，我们发现core dump标记位直接被设置为1了

并且还多了core.28389这个大文件

28389就是我们引起进程发生错误的id号！

core dump会把进程在运行中，对应得异常上下文数据，core dump到磁盘上，方便调试的！—>并且将status中的core dump标记位置为1！

然后我们进行gdb调试，运行该文件，我们就直接定位到出现异常的那一行了！！！

但是，core dump位一般是关闭的，因为他所占内存大小太大了！

五、信号产生中

阻塞信号

1.信号其他相关常见概念

• 实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery)。
• 信号从产生到递达之间的状态，称为信号未决(Pending)。
• 进程可以选择阻塞(block)某个信号。
• 被阻塞的信号产生时将保持在未决状态，知道进程解除对此信号的阻塞，才执行递达的操作。
• 注意，阻塞和忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会被递达，而忽略实在递达之后可选的一种处理动作！

2. 在内核中的表示

信号在内核中的表示示意图

• 每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending)，还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时，内核在进程控制块中设置该信号的未决标志，直到该信号递达才清除该标志。在上图的例子中，SIGHUP信号为阻塞也未产生过，当他递达时执行默认处理动作。
• SIGINT信号产生过，但是正在被阻塞，所以暂时不能抵达。虽然他的处理动作是忽略，但在没有接触阻塞之前不能忽略这个信号，因为进程仍有机会改变处理动作之后在解除阻塞。
• SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函sighandler。如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,将如何处理?POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次。

3.sigset_t

从上图来看，每个信号只有一个bit的未决标志，非0即1，不记录该信号产生了多少次，阻塞标志也是这样表示的。因此，未决和阻塞可以使用想的数据类型sigset_t来存储，sigset_t称为信号集，这个类型可以表示每个信号的"有效"和"无效"的含义是该信号是否被阻塞，而在未决信号集中"有效"和"无效"
的含义是该信号是否处于未决状态。稍后我来带大家了解信号集的各种操作。阻塞信号集也叫作当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask)，这里的"屏蔽"应该理解为阻塞而不是忽略。

4.信号集操作函数

sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_ t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的.

#include 
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);
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• 函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含 任何有效信号。
• 函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
• 注意,在使用sigset_ t类型的变量之前,一定要调 用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信。

函数的使用

static void showPending(sigset_t *pendings)
{
    for (int sig = 1; sig < 32; sig++)
    {
        if (sigismember(pendings, sig))
        {
            cout << '1';
        }
        else
            cout << '0';
    }
    cout << endl;
}
int main(int argc, char *argv[])
{   
    sigset_t bsig,obsig;
    sigemptyset(&bsig);
    sigemptyset(&obsig);
    for(int sig=1;sig<=31;sig++)
    {
        //2.给2号信号设置自定义选项
        signal(sig,handler);
        //3.屏蔽二号信号

        //3.1添加二号信号到信号屏蔽字中
        sigaddset(&bsig,sig);
    }
    //3.2设置用户级的信号屏蔽字到内核中，让当前进程屏蔽到二号信号
    sigprocmask(SIG_SETMASK,&bsig,&obsig);

    //1.不断的获取当前进程的pending信号集
    sigset_t pendings;
    int cnt=0;
    while(true)
    {
        //1.1清空信号集
        sigemptyset(&pendings);
        //1.2获取当前进程(谁调用，获取谁)的pendings信号集
        if(sigpending(&pendings)==0)
        {
            showPending(&pendings);
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
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while(true)中加入部分代码

while(true)
    {
        //1.1清空信号集
        sigemptyset(&pendings);
        //1.2获取当前进程(谁调用，获取谁)的pendings信号集
        if(sigpending(&pendings)==0)
        {
            showPending(&pendings);
        }
        sleep(1);
        cnt++;
        if(cnt==10)
        {
            cout<<"解除对所有信号的block "<<endl;
            sigprocmask(SIG_SETMASK,&obsig,nullptr);
        }
    }
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信号的捕捉

进程处理信号，不是理解处理的。—>在合适的时候！---->是什么时候呢？

当当前进程从内核态，切换回用户态的时候，进行信号的检测与处理！

六、信号处理后

进程的信号在被合适的时候处理----从内核态返回到用户态的时候—>检测----处理

1. 如何理解内核态和用户态

2. 进程的生命周期中，会有很多次机会去陷入内核(中断，陷阱，系统调用，异常…)，一定会存在很多次的机会进行内核态返回用户态！

对信号处理使用自定义方法，我们执行的是用户代码！！！只能用用户态的身份去执行的！—>因为这部分代码是用户写的！！—>如果写的是一段恶意的代码呢！！！

signaction

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    cout << "获取到一个信号，信号的编号是: " << signo << endl;
}
int main()
{
    struct sigaction act, oact;
    act.sa_handler = handler;//自定义方法
    // act.sa_handler=SIG_IGN;//忽略方法
    // act.sa_handler=SIG_DFL;//默认处理方法
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaction(2, &act, &oact);
    while (true)
    {
        cout << "main running" << endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
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当某个信号的处理函数被调用的时候，内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字，这样就保证了在处理某个信号时，如果这种信号再次产生，那么他会被阻塞到当前处理结束为止。如果在调用信号处理函数时，除了当前信号被自动屏蔽之外，还希望自动屏蔽另外一些信号，则用sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。sa_flags字段包含一些选项，本章的代码都把sa_flags设为0，sa_sigaction是实时信号的处理函数，此处我们不做研究！

void handler(int signo)
{
    cout << "获取到一个信号，信号的编号是: " << signo << endl;
    sigset_t pending;
    //增加handler信号的处理时间,永远都会在处理二号信号
    while (true)
    {
        sigpending(&pending);
        for (int i = 1; i <= 31; i++)
        {
            if (sigismember(&pending, i))
                cout << "1";
            else
                cout << "0";
        }
        cout << endl;
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    struct sigaction act, oact;
    act.sa_handler = handler;//自定义方法
    // act.sa_handler=SIG_IGN;//忽略方法
    // act.sa_handler=SIG_DFL;//默认处理方法
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaction(2, &act, &oact);
    while (true)
    {
        cout << "main running" << endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
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总结

（本章完！）