linux c之信號(hào)signal處理機(jī)制

最近同事的程序設(shè)計(jì)過(guò)程中用到了Linux的signal機(jī)制，從而引發(fā)了我對(duì)Linux中signal機(jī)制的思考。Signal機(jī)制在Linux中是一個(gè)非常常用的進(jìn)程間通信機(jī)制，很多人在使用的時(shí)候不會(huì)考慮該機(jī)制是具體如何實(shí)現(xiàn)的。signal機(jī)制可以被理解成進(jìn)程的軟中斷，因此，在實(shí)時(shí)性方面還是相對(duì)比較高的。Linux中signal機(jī)制的模型可以采用下圖進(jìn)行描述。

個(gè)進(jìn)程都會(huì)采用一個(gè)進(jìn)程控制塊對(duì)其進(jìn)行描述，進(jìn)程控制塊中設(shè)計(jì)了一個(gè)signal的位圖信息，其中的每位與具體的signal相對(duì)應(yīng)，這與中斷機(jī)制是保持一致的。當(dāng)系統(tǒng)中一個(gè)進(jìn)程A通過(guò)signal系統(tǒng)調(diào)用向進(jìn)程B發(fā)送signal時(shí)，設(shè)置進(jìn)程B的對(duì)應(yīng)signal位圖，類似于觸發(fā)了signal對(duì)應(yīng)中斷。發(fā)送signal只是“中斷”觸發(fā)的一個(gè)過(guò)程，具體執(zhí)行會(huì)在兩個(gè)階段發(fā)生：

1、? system call返回。進(jìn)程B由于調(diào)用了system call后，從內(nèi)核返回用戶態(tài)時(shí)需要檢查他擁有的signal位圖信息表，此時(shí)是一個(gè)執(zhí)行點(diǎn)。

2、? 中斷返回。進(jìn)程被系統(tǒng)中斷打斷之后，系統(tǒng)將CPU交給進(jìn)程時(shí)，需要檢查即將執(zhí)行進(jìn)程所擁有的signal位圖信息表，此時(shí)也是一個(gè)執(zhí)行點(diǎn)。

綜上所述，signal的執(zhí)行點(diǎn)可以理解成從內(nèi)核態(tài)返回用戶態(tài)時(shí)，在返回時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)待執(zhí)行進(jìn)程存在被觸發(fā)的signal，那么在離開(kāi)內(nèi)核態(tài)之后（也就是將CPU切換到用戶模式），執(zhí)行用戶進(jìn)程為該signal綁定的signal處理函數(shù)，從這一點(diǎn)上看，signal處理函數(shù)是在用戶進(jìn)程上下文中執(zhí)行的。當(dāng)執(zhí)行完signal處理函數(shù)之后，再返回到用戶進(jìn)程被中斷或者system call（軟中斷或者指令陷阱）打斷的地方。

Signal機(jī)制實(shí)現(xiàn)的比較靈活，用戶進(jìn)程由于中斷或者system call陷入內(nèi)核之后，將斷點(diǎn)信息都保存到了堆棧中，在內(nèi)核返回用戶態(tài)時(shí)，如果存在被觸發(fā)的signal，那么直接將待執(zhí)行的signal處理函數(shù)push到堆棧中，在CPU切換到用戶模式之后，直接pop堆棧就可以執(zhí)行signal處理函數(shù)并且返回到用戶進(jìn)程了。Signal處理函數(shù)應(yīng)用了進(jìn)程上下文，并且應(yīng)用實(shí)際的中斷模擬了進(jìn)程的軟中斷過(guò)程。

最近寫程序，各種bug各種錯(cuò)，有一回程序莫名退出，沒(méi)報(bào)錯(cuò)，也沒(méi)產(chǎn)生日志和core文件，貌似正常退出一樣。

但又不是在程序全部走完后退出，中途莫名退出，這就叫我想到了signal，應(yīng)該是某些函數(shù)錯(cuò)誤后發(fā)送kill信號(hào)給主進(jìn)程，然后退出。

現(xiàn)在總結(jié)下signal各種類型：

Signal

Description

SIGABRT

由調(diào)用abort函數(shù)產(chǎn)生，進(jìn)程非正常退出

SIGALRM

用alarm函數(shù)設(shè)置的timer超時(shí)或setitimer函數(shù)設(shè)置的interval timer超時(shí)

SIGBUS

某種特定的硬件異常，通常由內(nèi)存訪問(wèn)引起

SIGCANCEL

由Solaris Thread Library內(nèi)部使用，通常不會(huì)使用

SIGCHLD

進(jìn)程Terminate或Stop的時(shí)候，SIGCHLD會(huì)發(fā)送給它的父進(jìn)程。缺省情況下該Signal會(huì)被忽略

SIGCONT

當(dāng)被stop的進(jìn)程恢復(fù)運(yùn)行的時(shí)候，自動(dòng)發(fā)送

SIGEMT

和實(shí)現(xiàn)相關(guān)的硬件異常

SIGFPE

數(shù)學(xué)相關(guān)的異常，如被0除，浮點(diǎn)溢出，等等

SIGFREEZE

Solaris專用，Hiberate或者Suspended時(shí)候發(fā)送

SIGHUP

發(fā)送給具有Terminal的Controlling Process，當(dāng)terminal被disconnect時(shí)候發(fā)送

SIGILL

非法指令異常

SIGINFO

BSD signal。由Status Key產(chǎn)生，通常是CTRL+T。發(fā)送給所有Foreground Group的進(jìn)程

SIGINT

由Interrupt Key產(chǎn)生，通常是CTRL+C或者DELETE。發(fā)送給所有ForeGround Group的進(jìn)程

SIGIO

異步IO事件

SIGIOT

實(shí)現(xiàn)相關(guān)的硬件異常，一般對(duì)應(yīng)SIGABRT

SIGKILL

無(wú)法處理和忽略。中止某個(gè)進(jìn)程

SIGLWP

由Solaris Thread Libray內(nèi)部使用

SIGPIPE

在reader中止之后寫Pipe的時(shí)候發(fā)送

SIGPOLL

當(dāng)某個(gè)事件發(fā)送給Pollable Device的時(shí)候發(fā)送

SIGPROF

Setitimer指定的Profiling Interval Timer所產(chǎn)生

SIGPWR

和系統(tǒng)相關(guān)。和UPS相關(guān)。

SIGQUIT

輸入Quit Key的時(shí)候（CTRL+\）發(fā)送給所有Foreground Group的進(jìn)程

SIGSEGV

非法內(nèi)存訪問(wèn)

SIGSTKFLT

Linux專用，數(shù)學(xué)協(xié)處理器的棧異常

SIGSTOP

中止進(jìn)程。無(wú)法處理和忽略。

SIGSYS

非法系統(tǒng)調(diào)用

SIGTERM

請(qǐng)求中止進(jìn)程，kill命令缺省發(fā)送

SIGTHAW

Solaris專用，從Suspend恢復(fù)時(shí)候發(fā)送

SIGTRAP

實(shí)現(xiàn)相關(guān)的硬件異常。一般是調(diào)試異常

SIGTSTP

Suspend Key，一般是Ctrl+Z。發(fā)送給所有Foreground Group的進(jìn)程

SIGTTIN

當(dāng)Background Group的進(jìn)程嘗試讀取Terminal的時(shí)候發(fā)送

SIGTTOU

當(dāng)Background Group的進(jìn)程嘗試寫Terminal的時(shí)候發(fā)送

SIGURG

當(dāng)out-of-band data接收的時(shí)候可能發(fā)送

SIGUSR1

用戶自定義signal 1

SIGUSR2

用戶自定義signal 2

SIGVTALRM

setitimer函數(shù)設(shè)置的Virtual Interval Timer超時(shí)的時(shí)候

SIGWAITING

Solaris Thread Library內(nèi)部實(shí)現(xiàn)專用

SIGWINCH

當(dāng)Terminal的窗口大小改變的時(shí)候，發(fā)送給Foreground Group的所有進(jìn)程

SIGXCPU

當(dāng)CPU時(shí)間限制超時(shí)的時(shí)候

SIGXFSZ

進(jìn)程超過(guò)文件大小限制

SIGXRES

Solaris專用，進(jìn)程超過(guò)資源限制的時(shí)候發(fā)送

signal對(duì)應(yīng)的值：

POSIX.1中列出的信號(hào)：

SIGHUP 1 A 終端掛起或者控制進(jìn)程終止

SIGINT 2 A 鍵盤中斷（如break鍵被按下）

SIGQUIT 3 C 鍵盤的退出鍵被按下

SIGILL 4 C 非法指令

SIGABRT 6 C 由abort(3)發(fā)出的退出指令

SIGFPE 8 C 浮點(diǎn)異常

SIGKILL 9 AEF Kill信號(hào)

SIGSEGV 11 C 無(wú)效的內(nèi)存引用

SIGPIPE 13 A 管道破裂: 寫一個(gè)沒(méi)有讀端口的管道

SIGALRM 14 A 由alarm(2)發(fā)出的信號(hào)

SIGTERM 15 A 終止信號(hào)

SIGUSR1 30,10,16 A 用戶自定義信號(hào)1

SIGUSR2 31,12,17 A 用戶自定義信號(hào)2

SIGCHLD 20,17,18 B 子進(jìn)程結(jié)束信號(hào)

SIGCONT 19,18,25 進(jìn)程繼續(xù)（曾被停止的進(jìn)程）

SIGSTOP 17,19,23 DEF 終止進(jìn)程

SIGTSTP 18,20,24 D 控制終端（tty）上按下停止鍵

SIGTTIN 21,21,26 D 后臺(tái)進(jìn)程企圖從控制終端讀

SIGTTOU 22,22,27 D 后臺(tái)進(jìn)程企圖從控制終端寫

沒(méi)在POSIX.1中列出，而在SUSv2列出

SIGBUS 10,7,10 C 總線錯(cuò)誤(錯(cuò)誤的內(nèi)存訪問(wèn))

SIGPOLL A Sys V定義的Pollable事件，與SIGIO同義

SIGPROF 27,27,29 A Profiling定時(shí)器到

SIGSYS 12,-,12 C 無(wú)效的系統(tǒng)調(diào)用 (SVID)

SIGTRAP 5 C 跟蹤/斷點(diǎn)捕獲

SIGURG 16,23,21 B Socket出現(xiàn)緊急條件(4.2 BSD)

SIGVTALRM 26,26,28 A 實(shí)際時(shí)間報(bào)警時(shí)鐘信號(hào)(4.2 BSD)

SIGXCPU 24,24,30 C 超出設(shè)定的CPU時(shí)間限制(4.2 BSD)

SIGXFSZ 25,25,31 C 超出設(shè)定的文件大小限制(4.2 BSD)

（對(duì)于SIGSYS，SIGXCPU，SIGXFSZ，以及某些機(jī)器體系結(jié)構(gòu)下的SIGBUS，Linux缺省的動(dòng)作是A (terminate)，SUSv2 是C (terminate and dump core)）。

代碼測(cè)試

#include

#include

#include

#include

void when_alarm();

void when_sigint();

void when_sigchld(int);

void when_sigusr1();

void when_sigio();

int main()

{

int childpid;//子程序進(jìn)程ID號(hào)

printf("程序已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行，5秒鐘后將接收到時(shí)鐘信號(hào)。/n");

if ((childpid=fork())>0)//父進(jìn)程

{

signal(SIGALRM,when_alarm); //當(dāng)接收到SIGALRM信號(hào)時(shí)，調(diào)用when_alarm函數(shù)

signal(SIGINT,when_sigint); //當(dāng)接收到SIGINT信號(hào)時(shí)，調(diào)用when_sigint函數(shù)

signal(SIGCHLD,when_sigchld);//當(dāng)接收到SIGCHLD信號(hào)時(shí)，調(diào)用when_sigchld函數(shù)

signal(SIGUSR1,when_sigusr1);//當(dāng)接收到SIGUSR1信號(hào)時(shí)，調(diào)用when_sigusr1函數(shù)

signal(SIGIO,when_sigio);//當(dāng)接收到SIGIO信號(hào)時(shí)，調(diào)用when_sigio函數(shù)

alarm(5); //5秒鐘之后產(chǎn)生SIGALRM信號(hào)

raise(SIGIO); //向自己發(fā)送一個(gè)SIGIO信號(hào)

pause(); //將父進(jìn)程暫停下來(lái)，等待SIGALRM信號(hào)到來(lái)

pause(); //將父進(jìn)程暫停下來(lái)，等待SIGUSR1信號(hào)到來(lái)

pause(); //將父進(jìn)程暫停下來(lái)，等待SIGCHLD信號(hào)到來(lái)

printf("------此時(shí)程序會(huì)停下來(lái)等待，請(qǐng)按下ctrl+c送出SIGINT信號(hào)-------/n");

pause(); //將父進(jìn)程暫停下來(lái)，等待SIGINT信號(hào)到來(lái)

}

else if(childpid==0) //子進(jìn)程

{

int timer;

for(timer=7;timer>=0;timer--) //時(shí)鐘計(jì)時(shí)5秒產(chǎn)生SIGALRM信號(hào)，再過(guò)2秒子進(jìn)程退出，產(chǎn)生SIGCHLD信號(hào)

{

if(timer>2)

printf("距離SIGALRM信號(hào)到來(lái)還有%d秒。/n",timer-2);

if(timer==4)

kill(getppid(),SIGUSR1); //向父進(jìn)程發(fā)送一個(gè)SIGUSR1信號(hào)

if((timer<=2)&&(timer>0))

printf("子進(jìn)程還剩%d秒退出，屆時(shí)會(huì)產(chǎn)生SIGCHLD信號(hào)。/n",timer);

if(timer==0) //子進(jìn)程退出，產(chǎn)生SIGCHLD信號(hào)

raise(SIGKILL); //子進(jìn)程給自己發(fā)一個(gè)結(jié)束信號(hào)

sleep(1); //每個(gè)循環(huán)延時(shí)1秒鐘

}

}

else

printf("fork()函數(shù)調(diào)用出現(xiàn)錯(cuò)誤！/n");

return 0;

}

void when_alarm()

{

printf("5秒鐘時(shí)間已到，系統(tǒng)接收到了SIGALRM信號(hào)！/n");

}

void when_sigint()

{

printf("已經(jīng)接收到了SIGINT信號(hào)，程序?qū)⑼顺觯?n");

exit(0);

}

void when_sigchld(int SIGCHLD_num)

{

printf("收到SIGCHLD信號(hào)，表明我的子進(jìn)程已經(jīng)中止，SIGCHLD信號(hào)的數(shù)值是：%d。/n",SIGCHLD_num);

}

void when_sigusr1()

{

printf("系統(tǒng)接收到了用戶自定義信號(hào)SIGUSR1。/n");

}

void when_sigio()

{

printf("系統(tǒng)接收到了SIGIO信號(hào)。/n");

}

Linux 任務(wù)調(diào)度

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