理论部分

简单来说

信号是用来通知进程发生了异步事件

比如，在终端运行程序，按下ctrl+c就产生一个中端信号，大概过程是这样的：

• 用户从shell下启动一个进程；
• 用户按下ctrl+c，产生一个硬件中端信号；
• cpu从用户态切换到进程态，处理中端；(这个过程当年读书的时候在《计算机组成原理》看过)
• 终端驱动程序将ctrl+c解释成一个SIGINT信号，记在该进程的PCB中（也可以说发送了一个SIGINT信号给该进程）。
• 当某个时刻要从内核返回到该进程的用户空间代码继续执行之前,首先处理PCB中记录的信号，发现有一个SIGINT信号待处理，而这个信号的默认处理动作是终止进程，所以直接终止进程而不再返回它的用户空间代码执行。

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的。

kill -l 可以查看系统定义的信号，这些定义是在signal.h中。

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也可以通过man 7 signal来查看。

2.png

其中Action代表默认处理动作，

Term : 终止当前进程
Core : 终止并且Core Dump
Ing   : 忽略
Stop : 停止当前进程
Cont: 继续执行先前停止的进程

注：当一个进程要异常终止时，可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上，文件名通常是core，这叫做Core Dump。

产生信号的条件主要是：

• 终端的按键，如ctrl+c产生SIGINT信号，ctrl+\产生SIGQUIT信号，ctrl+z产生SIGTSTP信号。
• 硬件异常产生信号。
• 一个进程调用kill (man 2 kill) 可以发送信号给另一个进程。
• 可以调用kill (man 1 kill)。
• 当内核检测到某种软件条件发生时也可以通过信号通知进程，例如闹钟超时产生SIGALRM信号，向读端已关闭的管道写数据时产生SIGPIPE信号。

用户程序可以调用sigaction(man 2 sigaction)函数告诉内核如何处理某种信号，可选的操作有

• 忽略
• 执行默认动作
• 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，这种方式称为捕捉一个信号。

发送信号可以用：

#include <signal.h> 
int kill(pid_t pid, int signo);//向其他进程发信号
int raise(int signo);//向自己发信号

#include <stdlib.h>
void abort(void);//使当前进程接收到SIGABRT信号而异常终止

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);//内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号

信号从产生到递达之间的状态，称为信号未决。
每个信号都有两个标志位分别表示阻塞和未决，还有一个函数指针表示处理动作

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。

#include<signal.h>
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);

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号。这四个函数都是成功返回0，出错返回-1。sigismember是一个布尔函数，用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号，若包含则返回1，不包含则返回0，出错返回-1。

#include<signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);//读取或更改进程的信号屏蔽字

3.png

#include<signal.h>
int sigpending(sigset_t *set);//读取当前进程的未决信号集，通过set参数传出

信号补捉过程

4.png

#include<signal.h>
int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);//读取和修改与指定信号相关联的处理动作

act和oact指向sigaction结构体

struct sigaction {
     void (*sa_handler)(int); /* addr of signal handler, */ 
    /* or SIG_IGN, or SIG_DFL */ 
    sigset_t sa_mask; /* additional signals to block */ 
    int sa_flags; /* signal options, Figure 10.16 */ 
    /* alternate handler */ 
    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
};

将sa_handler赋值为常数SIG_IGN传给sigaction表示忽略信号，赋值为常数SIG_DFL表示执行系统默认动作，赋值为一个函数指针表示用自定义函数捕捉信号，或者说向内核注册了一个信号处理函数，该函数返回值为void，可以带一个int参数，通过参数可以得知当前信号的编号，这样就可以用同一个函数处理多种信号。显然，这也是一个回调函数，不是被main函数调用，而是被系统所调用。
当某个信号的处理函数被调用时，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，那么它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。

#include<unistd.h>
int pause(void);//使调用进程挂起直到有信号递达

当捕捉到信号时，不论进程的主控制流程当前执行到哪儿，都会先跳到信号处理函数中执行，从信号处理函数返回后再继续执行主控制流程。信号处理函数是一个单独的控制流程，因为它和主控制流程是异步的，二者不存在调用和被调用的关系，并且使用不同的堆栈空间。引入了信号处理函数使得一个进程具有多个控制流程，如果这些控制流程访问相同的全局资源（全局变量、硬件资源等），就有可能出现冲突。

理解部分

关于信号，之前接触的比较多的是kill这个命令，现在看来，发送信号给进程是一种交互方式。当进程中实现了补捉信号以及处理的函数时，就可以与用户进行简单的交互，之所以简单是因为信号数量很少。所以一般用做进程的启动，重启，停止，错误处理等等。若使用其他的信息传递方式我想也是可以实现的，就是麻烦了一些。
下面来实现一个简单的例子，后台跑一个进程，打印出发送给该进程的信号。
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void show_handler(int sig)
{
    printf("I got signal %d\n", sig);
}

int main(void)
{
    int i = 0;
    struct sigaction act, oldact;
    act.sa_handler = show_handler;
    sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);
    act.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGINT, &act, &oldact);
    sigaction(SIGCONT, &act, &oldact);
    while(1) {
        sleep(1);
        i++;
    }
}

贴上运行图

s.png

注：sigaction 是不能接收SIGKILL 和 SIGSTOP的信号