学习笔记9（信号和信号处理）

一、知识点梳理

（一）Linux信号示例
在Linux系统中，信号是用来通知进程发生了某个事件的一种机制。以下是一些常见的Linux信号及其示例：

1. SIGINT (2) - 中断信号

   • 示例：通过在终端按下Ctrl+C，可以发送SIGINT信号给前台进程，通常用于中断运行中的程序。

2. SIGTERM (15) - 终止信号

   • 示例：使用kill命令发送SIGTERM信号，如kill -15 PID，用于请求进程正常终止。

3. SIGKILL (9) - 强制终止信号

   • 示例：使用kill命令发送SIGKILL信号，如kill -9 PID，强制终止进程。

4. SIGCHLD (17) - 子进程状态改变信号

   • 示例：父进程可以通过捕捉SIGCHLD信号来处理子进程的退出状态。

5. SIGALRM (14) - 定时器信号

   • 示例：通过设置定时器，可以在一定时间后发送SIGALRM信号。

（二）Linux信号处理

1.信号类型

（1） SIGKILL (9) - 强制终止信号
（2） SIGALRM (14) - 定时器信号
（3） SIGSTOP (19) - 停止信号
（4） SIGVTALRM (26) - 虚拟定时器信号
（5） SIGPROF (27) - 以及定时器信号

2.信号来源

（1） 用户输入： 用户可以通过在终端中执行特定的键盘操作来生成信号。例如，按下Ctrl+C键盘组合键会发送SIGINT信号给前台运行的进程，通常用于中断正在执行的程序。

（2）操作系统事件： 操作系统本身可以生成信号来通知进程发生了特定事件。例如，当一个子进程退出时，操作系统会向其父进程发送SIGCHLD信号，以通知父进程子进程的状态改变。

（3）其他进程： 一个进程可以通过系统调用如 kill 或 killpg 向另一个进程发送信号。这种机制可以用于进程间的通信和控制。例如，通过kill命令可以向指定进程发送不同的信号。

（4）硬件异常： 一些信号可以由硬件异常触发，例如：

• SIGSEGV（段错误信号）：当程序访问无效的内存地址时触发。
• SIGFPE（浮点异常信号）：当浮点运算错误发生时触发。
• 其他硬件错误引起的信号。

3.信号处理函数

在Linux中，signal 函数和 sigaction 函数都是用于处理信号的函数，但它们在实现上有一些不同。

（1）signal 函数：

signal 函数是比较早期的信号处理函数，它的原型如下：

#include <signal.h>

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

• signum： 表示要处理的信号的编号，例如 SIGINT、SIGTERM 等。
• handler： 是一个函数指针，指向处理信号的函数。可以是预定义的处理函数，也可以是用户自定义的函数。

（2） sigaction 函数：

sigaction 函数是相对较新的信号处理函数，提供了更为灵活和可靠的信号处理机制。它的原型如下：

#include <signal.h>

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

• signum： 表示要处理的信号的编号。
• act： 是一个指向 struct sigaction 结构的指针，用于设置信号处理的行为。
• oldact： 是一个指向 struct sigaction 结构的指针，用于获取之前的信号处理行为。

struct sigaction 结构定义如下：

struct sigaction {
    void (*sa_handler)(int);  // 处理函数
    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);  // 用于带有附加信息的信号处理
    sigset_t sa_mask;  // 信号掩码
    int sa_flags;  // 标志
    void (*sa_restorer)(void);  // 用于实现一些特殊行为的恢复函数
};

（三）信号处理步骤

1. 注册信号处理函数： 进程需要注册一个信号处理函数，以便在接收到信号时执行相应的处理逻辑。可以使用 signal 函数或 sigaction 函数来注册信号处理函数。

2. 发送信号： 信号可以由多种来源产生，例如用户输入、操作系统事件、其他进程或硬件异常。当信号产生时，操作系统会将信号发送给接收进程。

3. 中断当前操作： 当进程接收到信号时，它会中断当前的操作，并跳转到信号处理函数执行相应的处理逻辑。

4. 执行信号处理函数： 进程会执行注册的信号处理函数，以处理接收到的信号。在信号处理函数中，可以执行相应的处理逻辑，例如关闭文件、释放资源等。

5. 恢复操作： 当信号处理函数执行完毕后，进程会恢复之前的操作，并继续执行。如果信号处理函数终止了进程，那么进程将会退出。

（四）信号用作IPC

在Linux中，信号也可以用作进程间通信（IPC）的一种方式。虽然信号不是专门为IPC设计的，但它可以用于在进程之间传递简单的信息和通知。使用信号进行IPC通常包括以下步骤：

1. 发送信号： 发送进程使用 kill 函数向接收进程发送信号。可以使用 SIGUSR1 和 SIGUSR2 信号来进行自定义通信。

2. 注册信号处理函数： 接收进程需要注册一个信号处理函数，以便在接收到信号时执行相应的处理逻辑。可以使用 signal 函数或 sigaction 函数来注册信号处理函数。

3. 处理信号： 当接收进程接收到信号时，它会中断当前的操作，并跳转到信号处理函数执行相应的处理逻辑。在信号处理函数中，可以执行相应的处理逻辑，例如更新共享内存、发送信号给其他进程等。

二、自主学习

（一）苏格拉底挑战

（二）实战演练