信号基础讲解

在 Linux 中，信号（signal）是用于进程间通信的一种机制。信号可以通知一个进程发生了某种事件或者需要进行某些操作。信号通常是由操作系统内核发送给进程，也可以由其他进程发送给目标进程。

1. 信号的基本概念

信号类型：信号是一种异步通知机制，通常由内核或其他进程触发。
信号传递：信号会传递给目标进程，目标进程在接收到信号后会执行默认的处理行为，或者根据程序的设定执行自定义处理。
信号的目标：信号可以由内核发送，也可以由一个进程发送给另一个进程。信号会传递给特定的进程或进程组。

2. 信号的常见用途

中断：用户按下 Ctrl+C 会发送 SIGINT 信号，通知进程中断。
终止进程：可以发送 SIGTERM 或 SIGKILL 来结束进程。
控制进程行为：比如使用 SIGSTOP 停止进程，使用 SIGCONT 恢复进程执行。
进程间通信：可以使用信号传递简单的信息或请求，通知进程某些事件的发生。

3. 信号的常见类型

以下是 Linux 中的一些常见信号：

p12

信号	信号编号	说明
`SIGINT`	2	中断信号（通常由 Ctrl+C 产生）
`SIGTERM`	15	终止信号（请求进程终止，优雅退出）
`SIGKILL`	9	强制终止信号（无法被捕获或忽略）
`SIGSTOP`	19	停止信号（停止进程，无法被捕获）
`SIGCONT`	18	恢复进程运行信号（使停止的进程继续）
`SIGSEGV`	11	段错误信号（程序访问非法内存时触发）
`SIGALRM`	14	定时器到期信号
`SIGCHLD`	17	子进程状态变化信号
`SIGUSR1`	10	用户定义的信号1（可供用户自定义用途）
`SIGUSR2`	12	用户定义的信号2（可供用户自定义用途）

4. 信号的处理

进程在接收到信号时，可能会采取以下几种行为：

默认行为：操作系统为每个信号提供一个默认的处理方式。例如，SIGTERM 的默认行为是终止进程，SIGSEGV 的默认行为是终止进程并生成核心转储文件。
忽略信号：进程可以选择忽略某些信号。例如，使用 SIGCHLD 时，进程可能选择忽略它，避免子进程终止时通知父进程。
自定义处理：进程可以安装一个信号处理函数，处理特定信号。在信号到达时，程序会跳转到该函数进行处理。

5. 信号处理的常用函数

signal()：设置信号的处理方式，可以是默认行为、忽略或自定义处理函数。
```
  signal(SIGINT, signal_handler);
```
这里，signal_handler 是自定义的信号处理函数，当进程收到 SIGINT 信号时会执行该函数。
sigaction()：更强大的信号处理设置，比 signal() 更为灵活。可以控制信号的屏蔽、恢复等行为。
```
  struct sigaction sa;
  sa.sa_handler = signal_handler;
  sa.sa_flags = 0;
  sigemptyset(&sa.sa_mask);
  sigaction(SIGINT, &sa, NULL);
```
使用 sigaction() 可以更精细地控制信号处理行为，例如，指定信号处理时是否屏蔽其他信号。

raise()：向当前进程发送信号。

  raise(SIGINT);  // 发送 SIGINT 信号给当前进程

kill()：向指定的进程发送信号。

  kill(pid, SIGTERM);  // 向进程 pid 发送 SIGTERM 信号

sigprocmask()：用于设置或检查信号屏蔽字，进程可以控制哪些信号可以中断其执行。

  sigset_t set;
  sigemptyset(&set);
  sigaddset(&set, SIGINT);
  sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);

6. 信号的屏蔽与阻塞

信号可以在进程中被屏蔽，阻止它们立即执行。使用 sigprocmask() 函数，进程可以选择屏蔽某些信号，直到它们显式解除屏蔽。

例如，进程可以屏蔽 SIGINT 信号，这样按下 Ctrl+C 时不会立即终止程序。

sigset_t set;
sigemptyset(&set);
sigaddset(&set, SIGINT);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);  // 屏蔽 SIGINT 信号

7. 信号的发送

信号可以由操作系统、内核或用户程序发送。用户程序可以使用 kill()、raise() 等函数来发送信号：

kill(pid, SIGKILL);  // 向进程 pid 发送 SIGKILL 信号

kill() 可以向任意进程发送信号。
raise() 只能向当前进程发送信号。

8. 信号的处理示例

以下是一个使用 signal() 函数处理 SIGINT 信号的简单示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void handle_signal(int sig) {
    printf("Caught signal %d\n", sig);
}

int main() {
    // 注册 SIGINT 信号的处理函数
    signal(SIGINT, handle_signal);

    while (1) {
        printf("Running... Press Ctrl+C to send SIGINT\n");
        sleep(1);  // 模拟长时间运行
    }

    return 0;
}

在此程序中，按下 Ctrl+C 会触发 SIGINT 信号，进程捕获到信号后会执行 handle_signal 函数。

9. 常见信号的默认行为

信号	默认行为
`SIGINT`	终止进程（Ctrl+C）
`SIGTERM`	终止进程（默认的终止信号）
`SIGKILL`	立即终止进程（无法被捕获或忽略）
`SIGSTOP`	停止进程（不能被捕获或忽略）
`SIGCONT`	恢复停止的进程

10. 信号的应用场景

进程间通信：信号常常用于进程间的简单通信，虽然它比消息队列和管道等方式更简单，但也具有一定的限制。
进程控制：信号用于控制进程的行为，比如终止进程、暂停进程等。SIGKILL 是强制终止进程的常用信号，SIGSTOP 用于停止进程，SIGCONT 用于恢复进程。
事件通知：信号常用于通知程序发生某些事件，如定时器到期、外部中断等。

总结

Linux 信号是进程间通信和控制的重要机制，可以用于通知进程发生特定事件或请求进程执行某些操作。理解信号的概念和如何处理它们，对于编写高效、可靠的系统级程序非常重要。