引言：

北京時(shí)間：2023/6/13/19:07，伴隨著期末考的來臨，最近停課啦！無論是線上課，還是學(xué)校的課，開心，那這不是咱持續(xù)更文的好時(shí)候嘛，但是今天在學(xué)習(xí)相關(guān)C++知識時(shí)，涉及到了線程相關(guān)知識，雖然能聽，但是聽起來就比較費(fèi)勁，所以我們要先暫停C++相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)而投向有關(guān)系統(tǒng)編程的學(xué)習(xí)，因?yàn)橹挥性谙到y(tǒng)編程中，我們才可以深入的接觸到線程的概念，當(dāng)然由于系統(tǒng)編程相關(guān)知識我們已經(jīng)很久沒有更新了，所以現(xiàn)在腦子就是一片空白，哈哈哈！想要進(jìn)行轉(zhuǎn)換肯定是一個(gè)費(fèi)時(shí)且痛苦的過程，但，這也是沒有辦法的辦法，一定需要勇敢去面對，因?yàn)槿绻麤]有系統(tǒng)編程底層的知識，那么C++中學(xué)習(xí)有關(guān)底層知識，就會非常痛苦，長痛不如短痛，所以我毅然決然的準(zhǔn)備切換形態(tài)，等我學(xué)成歸來，再去學(xué)習(xí)C++相關(guān)知識時(shí)，就如同砍瓜切菜，所以接下來10篇博客左右的內(nèi)容都將是有關(guān)系統(tǒng)編程學(xué)習(xí)，接下來我們就正式進(jìn)入該篇博客的正題，深入信號相關(guān)知識，雖然之前我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過了信號有關(guān)知識，但是因?yàn)闀r(shí)間過去已經(jīng)很久了，該篇博客就重點(diǎn)在于回顧，So，gogogo！

回顧信號相關(guān)知識

1.什么是信號

同理，雖然在以前的博客中，我們已經(jīng)詳細(xì)的講解過了該部分知識，但是由于時(shí)間問題，對這部分知識的淡忘，已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)新高度，所以如果我們想要承接這部分知識繼續(xù)向下學(xué)習(xí)，那么就需要將之前學(xué)習(xí)的知識給回憶起來，所以我們正式進(jìn)入信號相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，回顧第一個(gè)問題，什么是信號？如下就是Linux系統(tǒng)下的所有信號：

如上圖所示，指令：kill -l，可以看出在Linux系統(tǒng)中的信號和我們?nèi)粘Ｉ钪械男盘柌⒉灰粯?，對于日常生活中的信號，我們的理解一般是什么手機(jī)信號、WiFi信號之類，再抽象點(diǎn)可能是鬧鐘信號、上課信號、紅綠燈信號等！總而言之，生活中的信號沒有標(biāo)準(zhǔn)定義，站在不同的角度，任何事物都可以理解成信號。但，對于操作系統(tǒng)中的信號，存在著一套標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由POSIX（可移植操作系統(tǒng)接口）指定，也就是這個(gè)世界那些第一口吃螃蟹的人定義的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，上述62個(gè)信號就是POSIX中定義的操作系統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定了每個(gè)信號的含義和用途，但注意，此時(shí)操作系統(tǒng)中的信號還分為標(biāo)準(zhǔn)信號和實(shí)時(shí)信號，所以為了可以更好的深入了解它們，今天我們主要講解的是1~31號的標(biāo)準(zhǔn)信號，如下就是這些信號的含義和用途：

從上表中，我們可以知道每一個(gè)編號信號的功能和具體使用場景，知道在Linux系統(tǒng)中，無論是鍵盤輸入的各種快捷鍵還是各種Linux指令，本質(zhì)都是通過上述信號完成，并且因?yàn)?bash （命令行解釋器）本質(zhì)是操作系統(tǒng)維護(hù)的一個(gè)子進(jìn)程，所以我們在使用指令完成各種操作時(shí)，本質(zhì)就是在對進(jìn)程發(fā)送信號，只不過此時(shí)這個(gè)進(jìn)程可能是bash進(jìn)程，也可能是其它進(jìn)程， 所以簡單來說，操作系統(tǒng)中的信號就是用于通知進(jìn)程發(fā)生某個(gè)事件，是操作系統(tǒng)中一種傳遞信息的方式。

2.信號重點(diǎn)知識理解

第一個(gè)重點(diǎn)：信號的產(chǎn)生是異步的，那么如何理解這個(gè)異步呢？
從現(xiàn)實(shí)生活中理解，某個(gè)老師，手機(jī)微信中收到一個(gè)教務(wù)處發(fā)布的緊急任務(wù)需要處理，該老師可能處于上課狀態(tài)也可能處于休閑狀態(tài)，但無論該老師處于什么狀態(tài)，都和教務(wù)處沒有關(guān)系，并不影響教務(wù)處向別的老師下達(dá)任務(wù)。同理，真正從信號的角度來看，那么類比，此時(shí)就是向某一個(gè)進(jìn)程發(fā)送信號，但是該進(jìn)程可能正處于運(yùn)行狀態(tài)，但，我不管它是不是處于運(yùn)行狀態(tài)，我的責(zé)任只是將信號發(fā)送給它，并且在我將信號發(fā)送給該進(jìn)程的同時(shí)，并不影響我將信號發(fā)送給另一個(gè)進(jìn)程，這就是傳說中信號的產(chǎn)生是異步的，這樣處理的好處不言而喻，可以提高程序的并發(fā)性和響應(yīng)性，減少資源浪費(fèi)，最重要的是可以保證程序的穩(wěn)定性和可靠性，簡單來說就是一但產(chǎn)生某個(gè)信號，就要第一時(shí)間發(fā)送給進(jìn)程，而不是阻塞！

第二個(gè)重點(diǎn)：進(jìn)程如何記錄信號？記錄在哪里？也就是當(dāng)一個(gè)進(jìn)程同時(shí)接收到了多個(gè)信號，怎么處理？
同理，任何事物都具有關(guān)聯(lián)性，如果上述知識點(diǎn)是合理的、正確的，那么該問題的產(chǎn)生就是合理的不能再合理，因?yàn)樾盘柕漠a(chǎn)生是異步的，需要第一時(shí)間發(fā)送給進(jìn)程，那么就會導(dǎo)致某一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行過程中收到信號，那么這個(gè)信號肯定是不能丟失，而是需要保存下來，等待進(jìn)程處理。那么如何解決這個(gè)問題呢？簡簡單單，從以前有關(guān)進(jìn)程的知識，我們可以知道，一個(gè)進(jìn)程都有與其相對應(yīng)的進(jìn)程pcb（操作系統(tǒng)完成一系列創(chuàng)建工作），并且知道該進(jìn)程pcb本質(zhì)是一個(gè)task_struct，所以林子大了什么鳥都有，這個(gè)task_struct中存在一個(gè)專門用于記錄信號的位圖結(jié)構(gòu)（ uint32_t signals），所以進(jìn)程就是通過這個(gè)位圖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對信號的存儲和管理。

第三個(gè)重點(diǎn)：分時(shí)信號和實(shí)時(shí)信號的區(qū)別（1 ~ 31和32 ~ 64信號編號的區(qū)別）
想要明白這兩種信號的區(qū)別，首先明白，目前主流的操作系統(tǒng)分為兩種，一種是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，一種分時(shí)操作系統(tǒng)，其中分時(shí)操作系統(tǒng)，也就是我們正在使用的Linux操作系統(tǒng)、Windows操作系統(tǒng)，它們的特點(diǎn)是：基于時(shí)間片，基于調(diào)度器調(diào)度，強(qiáng)調(diào)公平調(diào)度，均享資源的操作系統(tǒng)。而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，則是，如果來了一個(gè)任務(wù)，那么就需要將優(yōu)先級較高的任務(wù)立馬處理，只有當(dāng)把優(yōu)先級高的任務(wù)處理完，才處理下一個(gè)任務(wù)，特點(diǎn)：高響應(yīng)（車載系統(tǒng)），明白了上述有關(guān)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和分時(shí)操作系統(tǒng)的知識，此時(shí)實(shí)時(shí)信號和分時(shí)信號同理，這里不詳細(xì)講解。

第四個(gè)重點(diǎn)：如何管理信號（1-31號）
上述在如何存儲信號之時(shí)，我們已經(jīng)知道是使用位圖結(jié)構(gòu)來存儲信號，所以管理信號本質(zhì)就是在管理位圖結(jié)構(gòu)，所以如何管理位圖結(jié)構(gòu)呢？如下：因?yàn)橹恍枰芾?~31號信號，所以我們使用32個(gè)比特位就可以很好的將31個(gè)信號都表示出來，注意：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 在這32個(gè)比特位中，不是通過二進(jìn)制序列對應(yīng)的10進(jìn)制數(shù)來決定是幾號信號，比特位所處位置的編號表示的就是信號編號，第一個(gè)比特位對應(yīng)一號信號，第二個(gè)比特位對應(yīng)二號信號，只有當(dāng)我們需要判斷該進(jìn)程pcb中的所有信號有哪些，此時(shí)才有可能通過計(jì)算該二進(jìn)制序列對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)來確定， 當(dāng)然也有可能是通過遍歷該二進(jìn)制序列或者是使用按位與、按位或來確定，具體需要看底層實(shí)現(xiàn)

第五個(gè)重點(diǎn)：如何理解向進(jìn)程發(fā)送信號
通過對上述知識的理解，此時(shí)搞定這個(gè)問題，就是水到渠成，明白，信號在進(jìn)程pcb中是使用位圖結(jié)構(gòu)存儲，并且位圖結(jié)構(gòu)中比特位的位置和信號編號對應(yīng)，所以所謂的向進(jìn)程發(fā)送信號，本質(zhì)其實(shí)就是向進(jìn)程pcb中的位圖結(jié)構(gòu)寫入信號，也就是直接將對應(yīng)進(jìn)程pcb中的位圖結(jié)構(gòu)特定的比特位從0置1，此之謂發(fā)送信號。并且最后明白，比特位的內(nèi)容代表是否收到該信號，0表示未收到，1表示收到。

第六個(gè)重點(diǎn)：誰有資格修改進(jìn)程pcb中的位圖結(jié)構(gòu)？
在之前有關(guān)進(jìn)程相關(guān)知識理解，我們（用戶）想要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，就一定要去調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用接口，從而讓操作系統(tǒng)去創(chuàng)建和維和對應(yīng)的進(jìn)程，并且操作系統(tǒng)每當(dāng)生成一個(gè)進(jìn)程都需要?jiǎng)?chuàng)建對應(yīng)進(jìn)程的進(jìn)程pcb，所以明白無論是進(jìn)程，還是進(jìn)程pcb都是內(nèi)核數(shù)據(jù)，由操作系統(tǒng)管理，我們是摸不著，看不見的，因此進(jìn)程pcb中的位圖結(jié)構(gòu)，同理只有操作系統(tǒng)有權(quán)利去修改，具體如何修改，在上述發(fā)送信號我們也簡單了解了。

最后明白，信號編號和信號本身只是宏定義而已，如下圖所示：當(dāng)然具體每個(gè)信號對應(yīng)的默認(rèn)執(zhí)行動作是什么，在系統(tǒng)調(diào)用接口中已經(jīng)幫我們封裝好了，并且?guī)臀覀儗?shí)現(xiàn)了一套映射機(jī)制，操作系統(tǒng)只要拿著對應(yīng)的信號編號（下標(biāo)），就可以去執(zhí)行對應(yīng)“信號處理程序表”或者“信號向量表”中對應(yīng)函數(shù)指針指向的函數(shù)（默認(rèn)執(zhí)行動作）

深入學(xué)習(xí)信號

上述回顧完信號相關(guān)基礎(chǔ)知識，此時(shí)正式深入信號，當(dāng)然前提是對上述知識有很好的理解，首先明白，當(dāng)進(jìn)程收到一個(gè)信號時(shí)，進(jìn)程有三種處理方式，如下：（很關(guān)鍵）

1.執(zhí)行默認(rèn)動作
2.忽略信號
3.執(zhí)行自定義動作

最好的舉例：頭天晚上睡覺的時(shí)候，設(shè)置了一個(gè)第二天7點(diǎn)起床的鬧鐘，但是由于你睡的比較遲，所以當(dāng)鬧鐘響的時(shí)候，你可能直接將鬧鐘關(guān)閉，也可能是將鬧鐘往后延遲了20分鐘，當(dāng)然也可能是直接起床。上述日常生活場景，將進(jìn)程接收信號時(shí)的處理方式給展現(xiàn)的淋漓盡致，一眼就知道，如果你直接起床就是執(zhí)行默認(rèn)動作，如果你直接關(guān)閉就是忽略信號，如果你延后就是執(zhí)行自定義動作。明白了這個(gè)知識點(diǎn)之后，下述知識理解起來就較為容易啦！

進(jìn)程產(chǎn)生信號的方式

1.外設(shè)產(chǎn)生的信號

首先明白，外設(shè)產(chǎn)生的信號都稱為中斷信號，外設(shè)可以通過特殊的電路（中斷控制器）向硬件處理單元（CPU）發(fā)送中斷信號，所以當(dāng)外設(shè)產(chǎn)生信號時(shí)，操作系統(tǒng)并不關(guān)心該信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)是什么，而關(guān)心是那個(gè)外設(shè)觸發(fā)中斷控制器發(fā)送的中斷信號，并且明白，該過程是一個(gè)產(chǎn)生信號過程，不是操作系統(tǒng)發(fā)送信號過程，此時(shí)信號的產(chǎn)生是通過CPU上許許多多的針腳，來接收外設(shè)通過中斷控制器發(fā)送過來的信號（電脈沖），并且當(dāng)某個(gè)針腳接收到電脈沖之后，通過檢測對應(yīng)針腳是否處于高電頻，來判斷具體是那一個(gè)針腳接收到了信號（存在映射關(guān)系），并且將該針腳對應(yīng)的編號寫入到CPU的寄存器中，最終通過針腳對應(yīng)的編號找到“中斷向量表”中對應(yīng)函數(shù)指針指向的默認(rèn)動作，具體如下圖所示：

最后明白，對應(yīng)函數(shù)指針的默認(rèn)動作是由操作系統(tǒng)管理，操作系統(tǒng)通過調(diào)用對應(yīng)外設(shè)驅(qū)動程序在操作系統(tǒng)內(nèi)部相對應(yīng)的中斷處理程序來處理，而不是直接的映射關(guān)系，并且當(dāng)匹配完成之后，那么操作系統(tǒng)就會將產(chǎn)生的信號，發(fā)送給對應(yīng)的進(jìn)程（修改其對應(yīng)的位圖結(jié)構(gòu)），最終通過進(jìn)程執(zhí)行某個(gè)動作，實(shí)現(xiàn)預(yù)期想要達(dá)到的效果。

2.通過系統(tǒng)接口發(fā)送信號

首先明白，可以向進(jìn)程發(fā)送信號的系統(tǒng)調(diào)用接口很多，如：kill、raise、alarm、signal、sigqueue、pkill，這些接口各有各的特性，使用方式也有很大的不同，具體如何使用可以去查看具體的說明，這里我們主要介紹兩個(gè)向進(jìn)程發(fā)送信號的接口：kill和signal，剩下的簡單了解就行，如下所述：

kill接口：
首先明白，kill接口可以向指定進(jìn)程發(fā)送信號，具體使用方式： int kill(pid_t pid, int sig); 該接口兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)表示指定進(jìn)程的pid，第二個(gè)參數(shù)表示對應(yīng)發(fā)送的信號編號，所以表示的意思也就是向指定進(jìn)程發(fā)送對應(yīng)編號的信號，如下代碼所示，我們就可通過調(diào)用該kill接口，封裝出一個(gè)屬于自己的kill接口，如下：

上述代碼，我們就自己實(shí)現(xiàn)了一個(gè)kill程序，此時(shí)利用該程序就可以殺死任意進(jìn)程，當(dāng)然前提第是環(huán)境變量表中的第二個(gè)參數(shù)給的是9號信號，因?yàn)?號信號不允許你自定義捕捉（也就是更改它的默認(rèn)動作），所以9號信號也叫管理員信號，并且明白之所以除了9號信號外，別的信號都支持修改默認(rèn)動作，是因?yàn)橛衧ignal系統(tǒng)調(diào)用接口，允許你修改默認(rèn)動作，執(zhí)行自定義動作，具體如下所述：

signal接口：
據(jù)上述所說，此時(shí)明白，signal接口的作用就是更改某個(gè)信號的默認(rèn)執(zhí)行動作為自定義動作，具體使用方式：sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); ，分析可知，第一個(gè)參數(shù)是對應(yīng)的信號編號，第二個(gè)參數(shù)是一個(gè)函數(shù)指針（也就是自定義方法），如下代碼所示：

此時(shí)發(fā)現(xiàn)，給該程序發(fā)送2號信號已經(jīng)不能將其終止了，并且發(fā)送2號信號后，該程序還會去執(zhí)行對應(yīng)的打印動作，這就說明，我們的signal接口成功的將2號信號的默認(rèn)動作給修改啦！如果深入理解該接口的話，本質(zhì)還是涉及相關(guān)映射問題，和上述所說同理，就是對應(yīng)的信號編號和默認(rèn)動作存在一定的映射關(guān)系，也就是操作系統(tǒng)會維護(hù)一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組，操作系統(tǒng)通過對應(yīng)的信號編號和對應(yīng)函數(shù)指針數(shù)組的映射關(guān)系，找到對應(yīng)的默認(rèn)動作，所以signal接口將默認(rèn)動作改為的自定義動作的本質(zhì)就是更改對應(yīng)的映射關(guān)系而已，具體原理有待分析，這里不詳細(xì)講解！

剩余向進(jìn)程發(fā)送信號接口：

raise函數(shù)：用于將指定信號發(fā)送給當(dāng)前進(jìn)程
alarm函數(shù)：用于設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，在指定時(shí)間后發(fā)送SIGALRM信號
abort函數(shù)：用于在程序中異常終止執(zhí)行，調(diào)用abort函數(shù)會向程序發(fā)送SIGABRT信號，使得程序立即停止運(yùn)行并且產(chǎn)生core dump文件
killall命令：用于向所有同名進(jìn)程（由進(jìn)程名指定）發(fā)送指定的信號。killall命令可以在終端上使用
pkill命令：根據(jù)指定的進(jìn)程名或其他條件（例如用戶ID、會話ID）查找匹配進(jìn)程，并向其發(fā)送指定的信號，pkill命令也可以在終端上使用
sigqueue函數(shù)：與kill函數(shù)類似，不過可以向進(jìn)程發(fā)送一個(gè)帶數(shù)據(jù)的信號

3.發(fā)送信號重點(diǎn)知識理解

搞定了上述兩點(diǎn)知識，剩下的知識就沒那么重要了，在之前博客中寫過，這里就不再贅述。下面，我們來看看幾個(gè)對于發(fā)送信號很關(guān)鍵的點(diǎn)，如下：

什么是終端
終端就是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中連接到操作系統(tǒng)的命令行界面，通過這個(gè)界面我們就可以是實(shí)現(xiàn)直接和操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，當(dāng)然首先交互的方式是通過指令的形式，因?yàn)橹噶畹谋举|(zhì)就是文件，操作系統(tǒng)可以通過我們的指令去識別到各個(gè)文件，從而執(zhí)行文件中對應(yīng)的操作，進(jìn)行達(dá)到用于的預(yù)期。

前臺進(jìn)程和后臺進(jìn)程區(qū)分
Ctrl+c產(chǎn)生的信號只能發(fā)送給前臺進(jìn)程，一個(gè)命令后面加個(gè)&，就表示后臺進(jìn)程，這樣Shell不必等待進(jìn)程結(jié)束就可以接收新的命令，啟動新的進(jìn)程（說白了就是有&就是后臺進(jìn)行，沒有&就是前臺進(jìn)程），Shell可以同時(shí)運(yùn)行一個(gè)前臺進(jìn)程和任意多個(gè)后臺進(jìn)程，只有前臺進(jìn)程才能接收像Ctrl+c這種控制鍵產(chǎn)生的信號（也就是后臺進(jìn)程不能使用快捷鍵殺死，而是只能用Linux指令，發(fā)送特定的信號才能殺死），而前臺進(jìn)程可以直接用Ctrl+c這種控制鍵殺死。

總之：前臺進(jìn)程就是用來和用戶進(jìn)行交互使用的，而后臺進(jìn)程則是操作系統(tǒng)控制的進(jìn)程，注重的是效率和資源利用率。

程序?qū)氲江h(huán)境變量中
注意：上述對kill系統(tǒng)調(diào)用接口的封裝，是可以直接導(dǎo)入到我們的環(huán)境變量中（export），然后就可以直接使用，也就是不需要使用./使用，從這個(gè)方面，我們更加可以驗(yàn)證，軟件的底層一定要調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用接口（kill），充分表明，只有操作系統(tǒng)可以控制進(jìn)程，用戶只能借助操作系統(tǒng)去控制進(jìn)程。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-486072.html

總結(jié)：上述就是有關(guān)信號基礎(chǔ)知識的復(fù)習(xí)和信號深入理解知識的總結(jié)概括，在之前博客的基礎(chǔ)上，增加了更為詳細(xì)的理解，總結(jié)的也更為精煉，收獲還是很大的，所以信號相關(guān)知識，我們算是回憶的比較深刻了，下篇博客看我砍瓜切菜！See you！

到了這里，關(guān)于學(xué)習(xí)系統(tǒng)編程N(yùn)o.24【深入學(xué)習(xí)信號】的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！