信號的概念

信號在我們的生活中隨處可見， 如：古代戰爭中摔杯為號；現代戰爭中的信號彈；體育比賽中使用的信號槍… 他們都有共性：

簡單

不能攜帶大量信息，只能帶一個標志。

滿足某個特設條件才發送。
Unix 早期版本就提供了信號機制，但不可靠，信號可能丟失。Berkeley 和 AT&T 都對信號模型做了更改，增加 了可靠信號機制。但彼此不兼容。POSIX.1 對可靠信號例程進行了標準化。

信號的機制

A 給 B 發送信號，B 收到信號之前執行自己的代碼，收到信號后，不管執行到程序的什么位置，都要暫停運行， 去處理信號，處理完畢再繼續執行。與硬件中斷類似——異步模式。但信號是軟件層面上實現的中斷，早期常被稱 為“軟中斷”。

信號的特質

由于信號是通過軟件方法實現，其實現手段導致信號有很強的延時性。但對于用戶來說，這個延 遲時間非常短，不易察覺。

每個進程收到的所有信號，都是由內核負責發送的，內核處理。

與信號相關的事件和狀態

產生信號:

按鍵產生，如：Ctrl+c（死循環終止）、Ctrl+z、Ctrl+\

系統調用產生，如：kill、raise、abort

軟件條件產生，如：定時器 alarm

硬件異常產生，如：非法訪問內存(段錯誤)、除 0(浮點數例外)、內存對齊出錯(總線錯誤)

命令產生，如：kill 命令

遞達：

遞送并且到達進程。產生到遞達是瞬時的

未決：

產生和遞達之間的狀態。主要由于阻塞(屏蔽)導致該狀態。

信號的處理方式:

執行默認動作

. 忽略(丟棄)

捕捉(調用戶處理函數) （不讓它執行默認動作）
Linux 內核的進程控制塊 PCB 是一個結構體，task_struct, 除了包含進程 id，狀態，工作目錄，用戶 id，組 id， 文件描述符表，還包含了信號相關的信息，主要指阻塞信號集和未決信號集。

阻塞信號集(信號屏蔽字)：

描述信號屏蔽狀態，將某些信號加入集合，對他們設置屏蔽，當屏蔽 x 信號后，再收到該信號，該信號 的處理將推后(解除屏蔽后) 阻塞信號集影響未決信號集。

未決信號集:

沒有處理掉

信號產生，未決信號集中描述該信號的位立刻翻轉為 1，表信號處于未決狀態。當信號被處理對應位翻 轉回為 0。這一時刻往往非常短暫。

信號產生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵達。這類信號的集合稱之為未決信號集。在屏蔽解除前， 信號一直處于未決狀態。

信號的編號

可以使用 kill–l 命令查看當前系統可使用的信號有哪些。

不存在編號為 0 的信號。其中 1-31 號信號稱之為常規信號（也叫普通信號或標準信號），34-64 稱之為實時信 號，驅動編程與硬件相關。名字上區別不大。而前 32 個名字各不相同。

信號 4 要素

與變量三要素類似的，每個信號也有其必備 4 要素，分別是：

編號

名稱

事件

默認處理動作
可通過 man7signal 查看幫助文檔獲取。也可查看/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/arch/s390/include/uapi/asm/signal.h

在標準信號中，有一些信號是有三個“Value” ，第一個值通常對 alpha 和 sparc 架構有效，中間值針對 x86、arm 和其他架構，最后一個應用于 mips 架構。一個‘-’表示在對應架構上尚未定義該信號。
不同的操作系統定義了不同的系統信號。因此有些信號出現在 Unix 系統內，也出現在 Linux 中，而有的信號出 現在 FreeBSD 或 MacOS 中卻沒有出現在 Linux 下。這里我們只研究 Linux 系統中的信號。

默認動作：

Term：終止進程

Ign： 忽略信號 (默認即時對該種信號忽略操作)

Core：終止進程，生成 Core 文件。(查驗進程死亡原因， 用于 gdb 調試)

Stop：停止（暫停）進程

Cont：繼續運行進程
注意從 man7signal 幫助文檔中可看到 :The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked , orignored.
這里特別強調了 9)SIGKILL 和 19)SIGSTOP 信號，不允許忽略和捕捉，只能執行默認動作。甚至不能將其設置為 阻塞。
另外需清楚，只有每個信號所對應的事件發生了，該信號才會被遞送(但不一定遞達)，不應亂發信號！ ！

Linux 常規信號一覽表

IGHUP: 當用戶退出 shell 時，由該 shell 啟動的所有進程將收到這個信號，默認動作為終止進程

SIGINT：當用戶按下了<Ctrl+C>組合鍵時，用戶終端向正在運行中的由該終端啟動的程序發出此信號。默認動 作為終止進程。

SIGQUIT：當用戶按下<ctrl+>組合鍵時產生該信號，用戶終端向正在運行中的由該終端啟動的程序發出些信 號。默認動作為終止進程。

SIGILL：CPU 檢測到某進程執行了非法指令。默認動作為終止進程并產生 core 文件

SIGTRAP：該信號由斷點指令或其他 trap 指令產生。默認動作為終止里程 并產生 core 文件。

SIGABRT: 調用 abort 函數時產生該信號。默認動作為終止進程并產生 core 文件。

SIGBUS：非法訪問內存地址，包括內存對齊出錯，默認動作為終止進程并產生 core 文件。

SIGFPE：在發生致命的運算錯誤時發出。不僅包括浮點運算錯誤，還包括溢出及除數為 0 等所有的算法錯誤。 默認動作為終止進程并產生 core 文件。

SIGKILL：無條件終止進程。本信號不能被忽略，處理和阻塞。默認動作為終止進程。它向系統管理員提供了 可以殺死任何進程的方法。

SIGUSE1：用戶定義 的信號。即程序員可以在程序中定義并使用該信號。默認動作為終止進程。

SIGSEGV：指示進程進行了無效內存訪問。默認動作為終止進程并產生 core 文件。

SIGUSR2：另外一個用戶自定義信號，程序員可以在程序中定義并使用該信號。默認動作為終止進程。

SIGPIPE：Brokenpipe 向一個沒有讀端的管道寫數據。默認動作為終止進程。

SIGALRM: 定時器超時，超時的時間 由系統調用 alarm 設置。默認動作為終止進程。

SIGTERM：程序結束信號，與 SIGKILL 不同的是，該信號可以被阻塞和終止。通常用來要示程序正常退出。 執行 shell 命令 Kill 時，缺省產生這個信號。默認動作為終止進程

SIGSTKFLT：Linux 早期版本出現的信號，現仍保留向后兼容。默認動作為終止進程。

SIGCHLD：子進程結束時，父進程會收到這個信號。默認動作為忽略這個信號。

SIGCONT：如果進程已停止，則使其繼續運行。默認動作為繼續/忽略。

SIGSTOP：停止進程的執行。信號不能被忽略，處理和阻塞。默認動作為暫停進程。

SIGTSTP：停止終端交互進程的運行。按下<ctrl+z>組合鍵時發出這個信號。默認動作為暫停進程。

SIGTTIN：后臺進程讀終端控制臺。默認動作為暫停進程。

SIGTTOU: 該信號類似于 SIGTTIN，在后臺進程要向終端輸出數據時發生。默認動作為暫停進程。

SIGURG：套接字上有緊急數據時，向當前正在運行的進程發出些信號，報告有緊急數據到達。如網絡帶外 數據到達，默認動作為忽略該信號。

SIGXCPU：進程執行時間超過了分配給該進程的 CPU 時間 ，系統產生該信號并發送給該進程。默認動作為 終止進程。

SIGXFSZ：超過文件的最大長度設置。默認動作為終止進程。

SIGVTALRM：虛擬時鐘超時時產生該信號。類似于 SIGALRM，但是該信號只計算該進程占用 CPU 的使用時 間。默認動作為終止進程。

SGIPROF：類似于 SIGVTALRM，它不公包括該進程占用 CPU 時間還包括執行系統調用時間。默認動作為終止 進程。

SIGWINCH：窗口變化大小時發出。默認動作為忽略該信號。

SIGIO：此信號向進程指示發出了一個異步 IO 事件。默認動作為忽略。

SIGPWR：關機。默認動作為終止進程。

SIGSYS：無效的系統調用。默認動作為終止進程并產生 core 文件。

（34）SIGRTMIN ～ (64)SIGRTMAX：LINUX 的實時信號，它們沒有固定的含義（可以由用戶自定義）。所有的實時 信號的默認動作都為終止進程。

信號的產生

終端按鍵產生信號

Ctrl+c → 2)SIGINT（終止/中斷） “INT”----Interrupt

Ctrl+z → 20)SIGTSTP（暫停/停止） “T”----Terminal 終端。

Ctrl+\ → 3)SIGQUIT（退出）

硬件異常產生信號

除 0 操作 → 8)SIGFPE(浮點數例外) “F”-----float 浮點數。

非法訪問內存 → 11)SIGSEGV(段錯誤)

總線錯誤 → 7)SIGBUS

kill 函數/命令產生信號

kill 命令產生信號：kill-SIGKILL pid
kill 函數：給指定進程發送指定信號(不一定殺死)
int kill (pid_tpid,int sig); 成功：0；失敗：-1(ID 非法，信號非法，普通用戶殺 init 進程等權級問題)，設置 errno sig：不推薦直接使用數字，應使用宏名，因為不同操作系統信號編號可能不同，但名稱一致。

pid>0: 發送信號給指定的進程。

pid=0: 發送信號給 與 調用 kill 函數進程屬于同一進程組的所有進程。

pid<0: 取|pid|發給對應進程組。

pid=-1：發送給進程有權限發送的系統中所有進程。

循環創建 5 個子進程，殺死第三個進程

#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<stdlib.h> #include<signal.h>/** 循環創建 5 個子進程 */#define N 5 int main() {int i;pid_t pid,q;for(i=0;i<N;i++){pid = fork();if(pid == 0)break;if(i==2)q=pid;}if(i<5){while(1){printf("I am child %d,getpid= %d\n",i,getpid());sleep(1);} }else{sleep(1);kill(q,SIGKILL);while(1);} return 0; }

殺死第一個cat，后面的都被殺死，因為第一個cat是管道的寫端，如果第一個cat被殺，也就沒有寫入，所以后面的cat也就讀不到數據

進程組

：每個進程都屬于一個進程組，進程組是一個或多個進程集合，他們相互關聯，共同完成一個實體任務， 每個進程組都有一個進程組長，默認進程組 ID 與進程組長 ID 相同。

權限保護

super 用戶(root)可以發送信號給任意用戶，普通用戶是不能向系統用戶發送信號的。 kill-9(root 用 戶的 pid) 是不可以的。同樣，普通用戶也不能向其他普通用戶發送信號，終止其進程。 只能向自己創建的進程發 送信號。普通用戶基本規則是：發送者實際或有效用戶 ID== 接收者實際或有效用戶 ID

raise 和 abort 函數

raise 函數：給當前進程發送指定信號(自己給自己發) raise(signo)==kill(getpid(),signo); int raise(int sig); 成功：0，失敗非 0 值
abort 函數：給自己發送異常終止信號 6)SIGABRT 信號，終止并產生 core 文件 void abort(void); 該函數無返回

軟件條件產生信號

alarm 函數

設置定時器(鬧鐘)。在指定 seconds 后，內核會給當前進程發送 14）SIGALRM 信號。進程收到該信號，默認動 作終止。
每個進程都有且只有唯一個定時器。
unsigned int alarm (unsigned int seconds); 返回 0 或剩余的秒數，無失敗。
常用：取消定時器 alarm(0)，返回舊鬧鐘余下秒數。 例：alarm(5) → 3sec → alarm(4) → 5sec → alarm(5) → alarm(0) （取消鬧鐘）
定時，自然定時法，與進程狀態無關(自然定時法)！就緒、運行、掛起(阻塞、暫停)、終止、僵尸…無論進程處于何種狀態， alarm 都計時。

編寫程序，測試你使用的計算機 1 秒鐘能數多少個數。

#include<stdio.h> #include<unistd.h>int main() {int i;alarm(1);//1s后發信號for(i=0;;i++) //死循環看在鬧鐘的1s時間內跑多少下 printf("%d\n",i);return 0; }

使用 time 命令查看程序執行的時間

實際執行時間 = 系統時間 + 用戶時間 + 等待時間（文件I/O消耗很大）

setitimer 函數

設置定時器(鬧鐘)。 可代替 alarm 函數。精度微秒 us，可以實現周期定時。

struct itimerval {struct timeval it_interval; /* next value */struct timeval it_value; /* current value */};struct timeval {time_t tv_sec; /* seconds */suseconds_t tv_usec; /* microseconds */};

int setitimer (int which,const struct itimerval * new_value, struct itimerval *old_value); 成功：0；失敗：-1，設置 errno

參數：

which：指定定時方式

自然定時：ITIMER_REAL → 14）SIGLARM 計算自然時間

虛擬空間計時(用戶空間)：ITIMER_VIRTUAL → 26）SIGVTALRM 只計算進程占用 cpu 的時間

運行時計時(用戶+內核)：ITIMER_PROF → 27）SIGPROF 計算占用 cpu 及執行系統調用的時間

使用 setitimer 函數實現 alarm 函數，計算1是內計算機計算次數

#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<stdlib.h> #include<sys/time.h> /* struct itimerval{struct timeval{it_value.tv_sec;it_value.tv_usec;}it_value;struct timeval{it_value.tv_sec;it_value.tv_usec;}it_interval;}it,oldit; */unsigned int my_alarm(unsigned int sec) {struct itimerval it, oldit;int ret;it.it_value.tv_sec=sec;it.it_value.tv_usec=0;it.it_interval.tv_sec=0;it.it_interval.tv_usec=0;ret= setitimer(ITIMER_REAL,&it,&oldit);if(ret == -1){perror("setitimer");exit(1);} return oldit.it_value.tv_sec; }int main() {int i;my_alarm(1); //alarm(sec)for(i=0;;i++)printf("%d\n",i);return 0; }

結合 manpage 編寫程序，測試 it_interval、it_value 這兩個參數的作用。

void (*signal (int signum,void ( *sighandler_t)(int)))(int);

#include<stdio.h> #include<sys/time.h> #include<signal.h>void myfunc(int signo) {printf("hello world\n"); }int main(void) {struct itimerval it,oldit;signal(SIGALRM,myfunc); //注冊SIGALRM信號的捕捉處理函數//sighandler_t tml=signal(SIGALRM,myfunc);it.it_value.tv_sec=5;//定時5秒中it.it_value.tv_usec=0;//0微秒it.it_interval.tv_sec=3;//第一個和第二個之間間隔時間3秒it.it_interval.tv_usec=0;if(setitimer(ITIMER_REAL,&it,&oldit) == -1){perror("setitimer error");return -1; } while(1);return 0; }

注意

it_inter ：用來設定兩次定時任務之間間隔的時間。

it_value：定時的時長 兩個參數都設置為 0，即清 0 操作。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux系统编程---6（信号的机制，信号4要素，Linu常规信号表，定时器）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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