Linux 进程信号初识

server/2024/11/17 21:33:31/

目录

0.前言

1.什么是信号

1.1生活中的信号

1.2 OS中的信号

2.认识信号

2.1信号概念

2.2查看信号

2.3 signal函数

2.4代码示例

3. 信号处理方式

3.1 忽略信号

3.2 默认处理

3.3 自定义处理

4.小结

（图像由AI生成） 

0.前言

在之前的学习中，我们介绍了 Linux 进程间通信 的多种方式，如管道、消息队列、共享内存等。接下来，我们将关注另一种进程间的重要机制：信号。信号是 Linux 系统中一种重要的异步通信手段，用于通知进程发生了某些事件，比如用户按下 Ctrl+C 或操作系统的某些异常情况。在本文中，我们将从基础知识出发，一步步认识信号的作用和处理方式。

1.什么是信号

1.1生活中的信号

生活中，我们常常通过“信号”获取信息并采取行动。例如：

外卖通知
你通过手机订了一份外卖。以下是外卖到来过程中的几个场景：

  1. 下单后等待外卖送达：你知道外卖会来，但不知道具体什么时候会送到。此时，你继续忙自己的事情，比如工作、学习，甚至小憩。
  2. 接到送餐员的通知：手机收到送餐员的短信或电话通知时，你立刻知道外卖到了。但如果你正在开会，可能会让送餐员稍等几分钟。
  3. 处理外卖：
    • 你亲自下楼取外卖，这相当于采取了默认动作。
    • 你让同事帮忙取外卖，类似于自定义动作。
    • 外卖到后，你暂时不处理，继续工作，这等于忽略了外卖。

整个过程中，“外卖通知”就是一种“信号”。

  • 它是异步的：你不知道通知会在什么时候发来。
  • 它需要处理：当收到通知时，你决定如何响应。
  • 它可能被忽略：你可以选择不处理这个信号（比如延后取外卖）。

这与操作系统中的信号非常相似，信号是用于通知进程发生了某种事件，而处理与否、如何处理由程序决定。

1.2 OS中的信号

信号在操作系统中的概念
在操作系统中，信号是用来通知进程发生特定事件的一种机制。例如：

  • 用户按下 Ctrl+C 中断程序。
  • 某些硬件或软件事件（如定时器超时、文件访问异常）触发信号。

举例：死循环程序与 Ctrl+C 中断

让我们用一个简单的死循环程序来演示信号的基本作用：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {while (1) {printf("Running... Press Ctrl+C to stop.\n");sleep(1);}return 0;
}
  1. 运行程序：执行该程序后，它会不断输出 Running... 并每隔一秒更新一次。
  2. 按下 Ctrl+C：此时，操作系统会向程序发送一个 SIGINT 信号（中断信号）。
  3. 响应信号：程序收到信号后，会执行默认的信号处理动作：终止程序。

以下是一次完整的信号交互过程：

  • 信号发送：按下 Ctrl+C，操作系统检测到键盘事件并发送 SIGINT 信号给程序。
  • 信号处理：程序执行默认动作，终止运行。
  • 异步性：信号的到来是非确定的，程序无法预测用户何时按下 Ctrl+C。

总结：

  • 信号在操作系统中是一种异步事件通知机制。
  • 它类似于生活中的通知机制，可以在某个事件发生时通知进程并交由其处理。

2.认识信号

2.1信号概念

信号是操作系统中的一种进程间通信机制，用于通知进程发生了某些事件。
它的核心特性包括：

  1. 异步性：信号的发送和接收是异步的，进程无法预知信号何时到达。
  2. 触发性：信号通常与特定事件相关联，如用户输入、进程状态变化、硬件异常等。
  3. 有限性：信号的传递只携带类型信息（如 SIGINT 或 SIGKILL），而不包括详细的数据。

信号的生命周期：

  1. 发送信号：由内核或进程触发。
  2. 等待处理：信号到达目标进程时，可能暂时被挂起。
  3. 信号处理：进程可以选择处理信号、忽略信号或采取默认操作。

信号类似于生活中的通知，例如系统提示电量不足（异步）、提醒需要充电（触发），但没有告知具体电量值（有限性）。

2.2查看信号

Linux 系统提供了多个标准信号，可以通过 kill -l 命令查看完整列表。

信号分类：

  1. 通用信号（1-31）：常用于进程的基本控制，例如中断、终止、挂起等。

    • SIGHUP：挂起信号。
    • SIGINT：中断信号（如按下 Ctrl+C）。
    • SIGKILL：强制终止信号。
    • SIGTERM：终止信号，可被捕获和处理。
    • SIGSEGV：非法内存访问。

  2. 实时信号（34-64）：支持更高的灵活性和用户定义，用于实时任务通信。

    • SIGRTMIN：最小的实时信号。
    • SIGRTMAX：最大的实时信号。

示例命令：

kill -l

输出如下：

 

2.3 signal函数
 

函数简介
 

signal 是一个 ANSI C 标准函数，用于设置进程对特定信号的处理方式。通过该函数，可以定义信号处理程序，或选择默认行为、忽略信号。
 

函数原型
 

#include <signal.h>typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

 

  •  
    参数：
     
    • signum：信号编号，例如 SIGINT（中断信号）。
    • handler：指定的信号处理方式，可以是以下三种之一： 
      • SIG_IGN：忽略信号。
      • SIG_DFL：采用信号的默认处理方式。
      • 自定义处理函数的地址。
  •  
    返回值：
     
    • 成功时返回之前的信号处理方式（SIG_IGN、SIG_DFL 或处理函数地址）。
    • 失败时返回 SIG_ERR，同时设置 errno 以说明错误原因。
 

函数行为
 

  • 当进程接收到信号 signum 时，signal 函数会决定如何处理： 
    • 忽略信号（SIG_IGN）：直接跳过信号处理。
    • 默认处理（SIG_DFL）：执行信号的系统默认行为（如终止进程）。
    • 自定义函数：调用程序员定义的函数处理信号。
  • 特殊信号：SIGKILL 和 SIGSTOP 无法被捕获或忽略。
 

注意事项
 

  • 不同 UNIX 系统对 signal 的实现存在差异，Linux 的行为在历史版本中也有变化。
  • 推荐使用 sigaction 替代 signal，因为它提供了更强的功能和一致性。
 

2.4代码示例
 

以下代码演示了如何使用 signal 函数捕获 SIGINT 信号，并自定义处理方式：
 

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>// 自定义信号处理函数
void handle_sigint(int signum) {printf("Caught SIGINT (signal number: %d). Exiting gracefully...\n", signum);// 释放资源并退出_exit(0);
}int main() {// 使用 signal 函数捕获 SIGINT 信号if (signal(SIGINT, handle_sigint) == SIG_ERR) {perror("Error setting signal handler");return 1;}printf("Press Ctrl+C to trigger SIGINT...\n");// 无限循环，等待信号while (1) {printf("Running...\n");sleep(1);}return 0;
}

 

代码分析
 

  1.  
    自定义信号处理函数：
     
    • handle_sigint 是一个函数，接收信号编号作为参数。
    • 当 SIGINT 信号到达时，程序会调用该函数，输出提示信息并优雅退出。
  2.  
    设置信号处理：
     
    • signal(SIGINT, handle_sigint) 指定 SIGINT 信号的处理方式为调用 handle_sigint 函数。
    • 如果 signal 调用失败，返回 SIG_ERR 并设置 errno，在此处打印错误信息并退出程序。
  3.  
    等待信号：
     
    • 程序进入无限循环，每秒打印一次 Running...，等待用户按下 Ctrl+C 触发 SIGINT 信号。
 

运行结果
 

  • 正常运行时，程序会不断输出 Running...。
  • 当按下 Ctrl+C 时，程序捕获到 SIGINT 信号，调用 handle_sigint 函数，输出提示并退出。
 

 

3. 信号处理方式
 

在 Linux 系统中，当进程接收到信号时，可以采用三种不同的方式处理信号：忽略、默认处理 和 自定义处理。进程对信号的处理方式决定了程序如何响应特定事件或异常。
 

3.1 忽略信号
 

进程可以选择忽略某些信号，这意味着即使信号被发送到进程，它也会被直接丢弃，进程的行为不会受到任何影响。
 

  •  
    常用场景：
     
    • 忽略某些不重要的信号，如 SIGPIPE（管道断裂信号），避免进程因无关紧要的错误而终止。
    • 对用户输入的某些信号（如 SIGINT）做出特定策略，暂时忽略信号而不中断当前任务。
  •  
    代码示例：
     
 

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {// 忽略 SIGINT 信号signal(SIGINT, SIG_IGN);printf("SIGINT signal is ignored. Try pressing Ctrl+C.\n");while (1) {printf("Running...\n");sleep(1);}return 0;
}

 

运行此程序后，按下 Ctrl+C 时进程不会终止，因为 SIGINT 信号被忽略了。
 

3.2 默认处理
 

系统为每种信号定义了默认的处理方式，进程可以直接使用这些默认动作：
 

  •  
    常见默认行为：
     
    • 终止进程：SIGTERM、SIGKILL。
    • 生成核心转储文件并终止进程：SIGSEGV、SIGABRT。
    • 停止进程：SIGSTOP。
  •  
    特点：
     
    • 简单快捷。
    • 适用于无需自定义处理逻辑的场景。
  •  
    代码示例：
     
 

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {printf("Default behavior for SIGINT. Press Ctrl+C to terminate.\n");while (1) {printf("Running...\n");sleep(1);}return 0;
}

 

运行此程序时，按下 Ctrl+C 会发送 SIGINT 信号，进程将采用默认行为：立即终止。
 

3.3 自定义处理
 

通过定义信号处理函数，程序可以指定如何响应某些信号。这种方式为程序提供了灵活性，可以在信号到达时执行特定逻辑。
 

  •  
    常见用途：
     
    • 释放资源（文件句柄、内存）并优雅退出。
    • 记录日志以便诊断问题。
    • 延迟或改变信号的处理逻辑。
  •  
    代码示例：
     
 

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>// 自定义信号处理函数
void custom_handler(int signum) {printf("Caught signal %d. Cleaning up before exiting...\n", signum);// 释放资源// 退出程序_exit(0);
}int main() {// 捕获 SIGINT 信号并设置自定义处理函数signal(SIGINT, custom_handler);printf("Custom handler for SIGINT. Press Ctrl+C.\n");while (1) {printf("Running...\n");sleep(1);}return 0;
}

 

运行此程序后，按下 Ctrl+C 时会触发自定义的信号处理逻辑，打印提示信息并优雅退出。
 

4.小结
 

信号是 Linux 系统中重要的进程间通信机制，具有异步性和灵活性。在本篇博客中，我们从生活中的类比入手，深入了解了信号的概念、种类及其处理方式，包括忽略信号、使用默认处理、以及自定义处理函数。通过实际代码示例，我们掌握了如何使用 signal 函数捕获并处理信号，为开发更高效、更健壮的 Linux 应用程序奠定了基础。











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