?個(gè)人主頁(yè)： 北 海
??所屬專欄： Linux學(xué)習(xí)之旅
??操作環(huán)境： CentOS 7.6 阿里云遠(yuǎn)程服務(wù)器

??前言

在 Linux 中，進(jìn)程具有獨(dú)立性，進(jìn)程在運(yùn)行后可能 “放飛自我”，這是不利于管理的，于是需要一種約定俗成的方式來控制進(jìn)程的運(yùn)行，這就是 進(jìn)程信號(hào)，本文將會(huì)從什么是進(jìn)程信號(hào)開篇，講述各種進(jìn)程信號(hào)的產(chǎn)生方式及作用

不同的信號(hào)指示燈代表著不同的執(zhí)行動(dòng)作

???正文

1、進(jìn)程信號(hào)基本概念

1.1、什么是信號(hào)？

信號(hào) 是信息傳遞的承載方式，一種信號(hào)往往代表著一種執(zhí)行動(dòng)作，比如：

• 雞叫 => 天快亮了
• 鬧鐘 => 起床、完成任務(wù)
• 紅綠燈 => 紅燈停，綠燈行
• ……

當(dāng)然這些都是生活中的 信號(hào)，當(dāng)產(chǎn)生這些 信號(hào) 時(shí)，我們會(huì)立馬想到對(duì)應(yīng)的 動(dòng)作 ，這是因?yàn)?我們認(rèn)識(shí)并能處理這些信號(hào)

我們能進(jìn)行處理是因?yàn)槭苓^教育，學(xué)習(xí)了執(zhí)行動(dòng)作，但對(duì)進(jìn)程來說，它可沒有接受過九年義務(wù)教育，也不知道什么時(shí)候該干什么事

于是程序員們給操作系統(tǒng)植入了一批 指令，一個(gè)指令表示一種特殊動(dòng)作，而這些指令就是 信號(hào)（進(jìn)程信號(hào)）

通過 kill -l 查看當(dāng)前系統(tǒng)中的信號(hào)集合表

kill -l

這些就是當(dāng)前系統(tǒng)中的 進(jìn)程信號(hào)，一共 62 個(gè)，其中 1~31 號(hào)信號(hào)為 普通信號(hào)（學(xué)習(xí)目標(biāo)），用于 分時(shí)操作系統(tǒng)；剩下的 34~64 號(hào)信號(hào)為 實(shí)時(shí)信號(hào)，用于 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

• 分時(shí)操作系統(tǒng)：根據(jù)時(shí)間片實(shí)行公平調(diào)度，適用于個(gè)人電腦
• 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：高響應(yīng)，適合任務(wù)較少、需要快速處理的平臺(tái)，比如汽車車機(jī)、火箭發(fā)射控制臺(tái)

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

普通信號(hào)只保存它有無(wú)產(chǎn)生，實(shí)時(shí)信號(hào)可以保持很長(zhǎng)時(shí)間

因?yàn)槲覀兊南到y(tǒng)屬于 分時(shí)操作系統(tǒng)，所以只需要研究 1~31 號(hào)信號(hào)即可，當(dāng)然也不是全部研究，部分信號(hào)只做了解即可

1.2、信號(hào)的作用

早在 《Linux進(jìn)程學(xué)習(xí)【進(jìn)程狀態(tài)】》 我們就已經(jīng)使用過 信號(hào) 了，比如：

• kill -9 pid 終止進(jìn)程運(yùn)行
• kill -19 pid 暫停進(jìn)程運(yùn)行
• kill -18 pid 恢復(fù)進(jìn)程運(yùn)行

就連常用的 ctrl+c 和 ctrl+d 熱鍵本質(zhì)上也是 信號(hào)

這么多信號(hào)，其對(duì)應(yīng)功能是什么呢？

• 可以通過 man 7 signal 進(jìn)行查詢

man 7 signal

簡(jiǎn)單總結(jié)一下，1~31 號(hào)信號(hào)對(duì)應(yīng)的功能如下（表格內(nèi)容引用自 2021dragon Linux中的31個(gè)普通信號(hào)）

注意：其中的 9 號(hào) 和 19 號(hào)信號(hào)是非常特殊的，不能修改其默認(rèn)動(dòng)作

1.3、信號(hào)的基本認(rèn)知

進(jìn)程信號(hào)由 信號(hào)編號(hào) + 執(zhí)行動(dòng)作 構(gòu)成，一個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一種動(dòng)作，對(duì)于進(jìn)程來說，動(dòng)作無(wú)非就這幾種：終止進(jìn)程、暫停進(jìn)程、恢復(fù)進(jìn)程，3 個(gè)信號(hào)就夠用了啊，為什么要搞這么多信號(hào)？

• 創(chuàng)造信號(hào)的目的不只是控制進(jìn)程，還要便于管理進(jìn)程，進(jìn)程的終止原因有很多種，如果一概而論的話，對(duì)于問題分析是非常不友好的，所以才會(huì)將信號(hào)細(xì)分化，搞出這么多信號(hào)，目的就是為了方便定位、分析、解決問題
• 并且 普通信號(hào) 就 31 個(gè)，這就是意味著所有普通信號(hào)都可以存儲(chǔ)在一個(gè) int 中，表示是否收到該信號(hào)（信號(hào)的保存）

所以信號(hào)被細(xì)化了，不同的信號(hào)對(duì)應(yīng)不同的執(zhí)行動(dòng)作，雖然大部分最終都是終止進(jìn)程

進(jìn)程的執(zhí)行動(dòng)作是可修改的，默認(rèn)為系統(tǒng)預(yù)設(shè)的 默認(rèn)動(dòng)作

1. 默認(rèn)動(dòng)作
2. 忽略
3. 自定義動(dòng)作

所以我們可以 更改信號(hào)的執(zhí)行動(dòng)作（后面會(huì)專門講信號(hào)處理相關(guān)內(nèi)容）

信號(hào)有這么多個(gè)，并且多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)信號(hào)，操作系統(tǒng)為了管理，先描述、再組織，在 PCB 中增加了 信號(hào)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：signal_struct，在這個(gè)結(jié)構(gòu)體中，必然存在一個(gè) 位圖結(jié)構(gòu) uint32_t signals 存儲(chǔ) 1~31 號(hào)信號(hào)的有無(wú)信息

//信號(hào)結(jié)構(gòu)體源碼（部分）
struct signal_struct {
	atomic_t		sigcnt;
	atomic_t		live;
	int			nr_threads;

	wait_queue_head_t	wait_chldexit;	/* for wait4() */

	/* current thread group signal load-balancing target: */
	struct task_struct	*curr_target;

	/* shared signal handling: */
	struct sigpending	shared_pending;

	/* thread group exit support */
	int			group_exit_code;
	/* overloaded:
	 * - notify group_exit_task when ->count is equal to notify_count
	 * - everyone except group_exit_task is stopped during signal delivery
	 *   of fatal signals, group_exit_task processes the signal.
	 */
	int			notify_count;
	struct task_struct	*group_exit_task;

	/* thread group stop support, overloads group_exit_code too */
	int			group_stop_count;
	unsigned int		flags; /* see SIGNAL_* flags below */

	/*
	 * PR_SET_CHILD_SUBREAPER marks a process, like a service
	 * manager, to re-parent orphan (double-forking) child processes
	 * to this process instead of 'init'. The service manager is
	 * able to receive SIGCHLD signals and is able to investigate
	 * the process until it calls wait(). All children of this
	 * process will inherit a flag if they should look for a
	 * child_subreaper process at exit.
	 */
	unsigned int		is_child_subreaper:1;
	unsigned int		has_child_subreaper:1;

	//……
};

下面對(duì) 進(jìn)程信號(hào) 做一波概念性的總結(jié)

1.信號(hào)是執(zhí)行的動(dòng)作的信息載體，程序員在設(shè)計(jì)進(jìn)程的時(shí)候，早就已經(jīng)設(shè)計(jì)了其對(duì)信號(hào)的識(shí)別能力
2.信號(hào)對(duì)于進(jìn)程來說是異步的，隨時(shí)可能產(chǎn)生，如果信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，進(jìn)程在處理優(yōu)先級(jí)更高的事情，那么信號(hào)就不能被立即處理，此時(shí)進(jìn)程需要保存信號(hào)，后續(xù)再處理
3.進(jìn)程可以將 多個(gè)信號(hào) 或 還未處理 的信號(hào)存儲(chǔ)在 signal_struct 這個(gè)結(jié)構(gòu)體中，具體信號(hào)編號(hào)，存儲(chǔ)在 uint32_t signals 這個(gè)位圖結(jié)構(gòu)中
4.所謂的 “發(fā)送” 信號(hào)，其實(shí)就是寫入信號(hào)，修改進(jìn)程中位圖結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的比特位，由 0 置為 1，表示該信號(hào)產(chǎn)生了
5.signal_struct 屬于內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只能由 操作系統(tǒng) 進(jìn)行同一修改，無(wú)論信號(hào)是如何產(chǎn)生的，最終都需要借助 操作系統(tǒng) 進(jìn)行發(fā)送
6.信號(hào)并不是立即處理的，它會(huì)在合適的時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)一處理

所以 進(jìn)程信號(hào) 可以分為三步：信號(hào)產(chǎn)生 =》 信號(hào)保存 =》 信號(hào)處理

本文講解的就是 信號(hào)產(chǎn)生 部分相關(guān)知識(shí)，下面正式開始學(xué)習(xí) 信號(hào)產(chǎn)生

===== 信號(hào)產(chǎn)生的方式 =====

2、鍵盤鍵入

信號(hào)產(chǎn)生（發(fā)送）的第一種方式：鍵盤鍵入

通俗來說就是命令行操作

2.1、ctrl+c 終止前臺(tái)進(jìn)程

系統(tǒng)卡死遇到過吧？程序死循環(huán)遇到過吧？這些都是比較常見的問題，當(dāng)發(fā)生這些問題時(shí)，我們可以通過 鍵盤鍵入 ctrl + c 發(fā)出 2 號(hào)信號(hào)終止前臺(tái)進(jìn)程的運(yùn)行

下面是一段死循環(huán)代碼：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main()
{
    while(true)
    {
        cout << "我是一個(gè)進(jìn)程，我正在運(yùn)行…… PID: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

運(yùn)行程序后，會(huì)一直循環(huán)打印，此時(shí)如果想要終止進(jìn)程，可以直接按 ctrl + c 發(fā)出 2 號(hào)信號(hào)，終止前臺(tái)進(jìn)程

此時(shí)發(fā)出了一個(gè) 2 號(hào)信號(hào) SIGINT 終止了該進(jìn)程的運(yùn)行

如何證明呢？如何證明按 ctrl + c 發(fā)出的是 2 號(hào)信號(hào)呢？

證明自有方法，前面說過，一個(gè)信號(hào)配有一個(gè)執(zhí)行動(dòng)作，并且執(zhí)行動(dòng)作是可以修改的，需要用到 signal 函數(shù)（屬于 信號(hào)處理 部分的內(nèi)容，這里需要提前用一下）

ctrl + c 終止的是當(dāng)前正在運(yùn)行的前臺(tái)進(jìn)程，如果在程序運(yùn)行時(shí)加上 & 表示讓其后臺(tái)運(yùn)行，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)法終止進(jìn)程

像這種后臺(tái)進(jìn)程 ctrl + c 是無(wú)法終止的，可以通過 kill -9 PID 發(fā)出 9 信號(hào)終止它

2.1.1、signal 注冊(cè)執(zhí)行動(dòng)作

signal 函數(shù)可以用來 修改信號(hào)的執(zhí)行動(dòng)作，也叫注冊(cè)自定義執(zhí)行動(dòng)作

signal 調(diào)用成功返回上一個(gè)執(zhí)行方法的值（其實(shí)就是下標(biāo)，后面介紹），失敗則返回 SIG_ERR，并設(shè)置錯(cuò)誤碼

返回值可以不用關(guān)注，重點(diǎn)在于 signal 的參數(shù)

• 參數(shù)1 待操作信號(hào)的編號(hào)
• 參數(shù)2 待注冊(cè)的新方法

參數(shù)1 就是信號(hào)編號(hào)，為 int，單純地傳遞 信號(hào)名也是可以的，因?yàn)樾盘?hào)名其實(shí)就是信號(hào)編號(hào)的宏定義

參數(shù)2 是一個(gè)函數(shù)指針，意味著需要傳遞一個(gè) 參數(shù)為 int，返回值為空的函數(shù)對(duì)象

• 參數(shù) int 是執(zhí)行動(dòng)作的信號(hào)編號(hào)

void handler(int)	//其中的函數(shù)名可以自定義

顯然，signal 函數(shù)是一個(gè) 回調(diào)函數(shù)，當(dāng)信號(hào)發(fā)出時(shí)，會(huì)去調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，也就是執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作

我們先對(duì) 2 號(hào)信號(hào)注冊(cè)新動(dòng)作，在嘗試按下 ctrl + c，看看它發(fā)出的究竟是不是 2 號(hào)信號(hào)

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    cout << "當(dāng)前 " << signo << " 號(hào)信號(hào)正在嘗試執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作" << endl;
}

int main()
{

    //給 2 號(hào)信號(hào)注冊(cè)新方法
    signal(2, handler);

    while(true)
    {
        cout << "我是一個(gè)進(jìn)程，我正在運(yùn)行…… PID: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

當(dāng)我們修改 2 號(hào)信號(hào)的執(zhí)行動(dòng)作后，再次按下 ctrl + c 嘗試終止前臺(tái)進(jìn)程，結(jié)果失敗了！執(zhí)行動(dòng)作變成了我們注冊(cè)的新動(dòng)作

這足以證明 ctrl + c 就是在給前臺(tái)進(jìn)程發(fā)出 2 號(hào)信號(hào)，ctrl + c 失效后，可以通過 ctrl + \ 終止進(jìn)程，發(fā)出的是 3 號(hào)信號(hào)（3 號(hào)信號(hào)在發(fā)出后，會(huì)生成 核心轉(zhuǎn)儲(chǔ) 文件）

普通信號(hào)只有 31 個(gè)，如果把所有普通信號(hào)的執(zhí)行動(dòng)作都改了，會(huì)發(fā)生什么呢？難道會(huì)得到一個(gè)有著 金剛不壞 之身的進(jìn)程嗎？

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    cout << "當(dāng)前 " << signo << " 號(hào)信號(hào)正在嘗試執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作" << endl;
}

int main()
{

    //給所有普通信號(hào)注冊(cè)新方法

    for(int i = 1; i < 32; i++)
        signal(i, handler);

    while(true)
    {
        cout << "我是一個(gè)進(jìn)程，我正在運(yùn)行…… PID: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

大部分信號(hào)的執(zhí)行動(dòng)作都被修改了，但 9 號(hào)信號(hào)沒有，因?yàn)?9 號(hào)信號(hào)是 SIGKILL，專門用于殺死進(jìn)程，只要是進(jìn)程，他都能干掉

19 號(hào)信號(hào) SIGSTOP 也無(wú)法修改執(zhí)行動(dòng)作，所以前面說過，9 號(hào) SIGKILL 和 19 號(hào) SIGSTOP 信號(hào)是很特殊的，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，不能修改其執(zhí)行動(dòng)作！

2.2、硬件中斷

當(dāng)我們從鍵盤按下 ctrl + c 時(shí)，發(fā)生了這些事：CPU 獲取到鍵盤 “按下” 的信號(hào)，調(diào)用鍵盤相應(yīng)的 “方法” ，從鍵盤中讀取數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)后解析，然后發(fā)出 3 號(hào)信號(hào)

其中 CPU 捕獲鍵盤 “按下” 信號(hào)的操作稱為 硬件中斷

CPU 中有很多的針腳，不同的硬件對(duì)應(yīng)著不同的針腳，每一個(gè)針腳都有自己的編號(hào)，硬件與針腳一對(duì)一相連，并通過 中斷控制器（比如 8259）進(jìn)行控制，當(dāng)我們按下鍵盤后

• 中斷控制器首先給 CPU 發(fā)送信息，包括鍵盤對(duì)應(yīng)的針腳號(hào)
• 然后 CPU 將獲取到的針腳號(hào)（中斷號(hào)）寫入 寄存器 中
• 最后根據(jù) 寄存器 里的 中斷號(hào)，去 中斷向量表 中查表，找到對(duì)應(yīng)硬件的方法，執(zhí)行它的讀取方法就行了

這樣 CPU 就知道是 鍵盤 發(fā)出的信號(hào)，然后就會(huì)去調(diào)用 鍵盤 的執(zhí)行方法，通過鍵盤的讀取方法，讀取到 ctrl + c 這個(gè)信息，轉(zhuǎn)化后，就是 2 號(hào)信號(hào)，執(zhí)行終止前臺(tái)進(jìn)程的動(dòng)作

鍵盤被按下 和 鍵盤哪些位置被按下 是不一樣的

• 首先鍵盤先按下，CPU 確定對(duì)應(yīng)的讀取方法
• 其次才是通過 讀取方法 從鍵盤中讀取數(shù)據(jù)

注：鍵盤讀取方法如何進(jìn)行讀取，這是驅(qū)動(dòng)的事，我們不用關(guān)心

硬件中斷 的流程與 進(jìn)程信號(hào) 的流程雷同，同樣是 先檢測(cè)到信號(hào)，然后再去執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，不過此時(shí)發(fā)送的是 中斷信號(hào)，執(zhí)行的是 調(diào)用相應(yīng)方法罷了

信號(hào) 與 動(dòng)作 的設(shè)計(jì)方式很實(shí)用，操作系統(tǒng)只需要關(guān)注是否有信號(hào)發(fā)出，發(fā)出后去中斷向量表中調(diào)用相應(yīng)的方法即可，不用管硬件是什么樣、如何變化，做到了 操作系統(tǒng) 與 硬件 間的解耦

3、系統(tǒng)調(diào)用

除了可以通過 鍵盤鍵入 發(fā)送信號(hào)外，還可以通過直接調(diào)用 系統(tǒng)接口 發(fā)送信號(hào)，畢竟 bash 也是一個(gè)進(jìn)程，本質(zhì)上就是在進(jìn)行程序替換而已

3.1、kill 函數(shù)

信號(hào)的發(fā)送主要是通過 kill 函數(shù)進(jìn)行發(fā)送

返回值：成功返回 0，失敗返回 -1 并設(shè)置錯(cuò)誤碼

參數(shù)1：待操作進(jìn)程的 PID

參數(shù)2：待發(fā)送的信號(hào)

下面來簡(jiǎn)單用一下（程序運(yùn)行 5 秒后，自己把自己殺死）

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main()
{

    int n = 1;
    while (true)
    {

        cout << "我是一個(gè)進(jìn)程，已經(jīng)運(yùn)行了 " << n << " 秒 PID: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
        n++;

        if (n > 5)
            kill(getpid(), SIGKILL);
    }

    return 0;
}

kill 函數(shù)當(dāng)然也可以發(fā)送其他信號(hào)，這里就不一一展示了，其實(shí)命令行中的 kill 命令就是對(duì) kill 函數(shù)的封裝，kill -信號(hào)編號(hào) -PID 其中的參數(shù)2、3不正是 kill 函數(shù)所需要的參數(shù)嗎？所以我們可以嘗試自己搞一個(gè) myKill 命令

3.2、模擬實(shí)現(xiàn) myKill

這里就直接利用 命令行參數(shù) 簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了

#include <iostream>
#include <string>
#include <signal.h>

using namespace std;

void Usage(string proc)
{
    // 打印使用信息
    cout << "\tUsage: \n\t";
    cout << proc << " 信號(hào)編號(hào) 目標(biāo)進(jìn)程" << endl;
    exit(2);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 參數(shù)個(gè)數(shù)要嚴(yán)格限制
    if (argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
    }

    //獲取兩個(gè)參數(shù)
    int signo = atoi(argv[1]);
    int pid = atoi(argv[2]);

    //執(zhí)行信號(hào)發(fā)送
    kill(pid, signo);

    return 0;
}

下面隨便跑一個(gè)進(jìn)程，然后用自己寫的 myKill 命令給進(jìn)程發(fā)信號(hào)

我們可以把這個(gè)程序改造下，改成進(jìn)程替換的方式，讓后將自己寫的命令進(jìn)行安裝，就能像 kill 一樣直接使用了

3.3、raise 函數(shù)

發(fā)送信號(hào)的還有一個(gè) raise 函數(shù)，這個(gè)函數(shù)比較奇怪，只能 自己給自己發(fā)信號(hào)

返回值：成功返回 0，失敗返回 非0

就只有一個(gè)參數(shù)：待發(fā)送的信號(hào)

可以這樣理解：raise 是對(duì) kill 函數(shù)的封裝，每次傳遞的都是自己的 PID

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main()
{
    int n = 1;
    while (true)
    {

        cout << "我是一個(gè)進(jìn)程，已經(jīng)運(yùn)行了 " << n << " 秒 PID: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
        n++;

        if (n > 5)
            raise(SIGKILL); //自己殺死自己    
    }
	return 0;
}

3.4、abort 函數(shù)

abort 是 C 語(yǔ)言提供的一個(gè)函數(shù)，它的作用是 給自己發(fā)送 6 號(hào) SIGABRT 信號(hào)

沒有返回值，也沒有參數(shù)

值得一提的是，abort 函數(shù)即使在修改執(zhí)行動(dòng)作后，最后仍然會(huì)發(fā)送 6 號(hào)信號(hào)

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    cout << "收到了 " << signo << " 號(hào)信號(hào)，已執(zhí)行新動(dòng)作" << endl;
}

int main()
{
    signal(6, handler);
    // signal(SIGABRT, handler);    //這種寫法也是可以的

    int n = 1;
    while (true)
    {

        cout << "我是一個(gè)進(jìn)程，已經(jīng)運(yùn)行了 " << n << " 秒 PID: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
        n++;

        if (n > 5)
            abort();
    }
    return 0;
}

即使執(zhí)行了我們新注冊(cè)的方法，abort 最后仍然會(huì)發(fā)出 6 號(hào)信號(hào)終止進(jìn)程

同樣是終止進(jìn)程，C語(yǔ)言 還提供了一個(gè)更好用的函數(shù)：exit()，所以 abort 用的比較少，了解即可

總的來說，系統(tǒng)調(diào)用中舉例的這三個(gè)函數(shù)關(guān)系是：kill 包含 raise，raise 包含 abort，作用范圍是在逐漸縮小的

4、軟件條件

信號(hào)產(chǎn)生（發(fā)送）的第三種方式：軟件條件

其實(shí)這種方式我們之前就接觸過了：管道讀寫時(shí)，如果讀端關(guān)閉，那么操作系統(tǒng)會(huì)發(fā)送信號(hào)終止寫端，這個(gè)就是 軟件條件 引發(fā)的信號(hào)發(fā)送，發(fā)出的是 13 號(hào) SIGPIPE 信號(hào)

4.1、alarm 設(shè)置鬧鐘

系統(tǒng)為我們提供了 鬧鐘（報(bào)警）：alarm，這個(gè) 鬧鐘 可不是用來起床的，而是用來 定時(shí) 的

返回值：如果上一個(gè)鬧鐘還有剩余時(shí)間，則返回剩余時(shí)間，否則返回 0
參數(shù)：想要設(shè)定的時(shí)間，單位是秒

當(dāng)時(shí)間到達(dá)鬧鐘中的預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，鬧鐘會(huì)響，并且發(fā)送 14 號(hào) SIGALRM 信號(hào)

比如這樣：

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main()
{

    alarm(5);   //設(shè)定一個(gè)五秒后的鬧鐘

    int n = 1;
    while (true)
    {

        cout << "我是一個(gè)進(jìn)程，已經(jīng)運(yùn)行了 " << n << " 秒 PID: " << getpid() << endl;
        sleep(1);
        n++;
    }
    return 0;
}

我們也可以更改 14 號(hào) SIGALRM 信號(hào)的執(zhí)行動(dòng)作，讓鬧鐘不斷響起（自舉）

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    cout << "收到了 " << signo << " 號(hào)信號(hào)，已執(zhí)行新動(dòng)作" << endl;
    int n = alarm(10);
    cout << "上一個(gè)鬧鐘剩余時(shí)間: " << n << endl;
}

int main()
{
    signal(SIGALRM, handler);
    alarm(10);   //設(shè)定一個(gè)十秒后的鬧鐘

    while(true)
    {
         cout << "我是一個(gè)進(jìn)程，我正在運(yùn)行…… PID: " << getpid() << endl;
         sleep(1);
    };

    return 0;
}

系統(tǒng)中不止一個(gè)鬧鐘，所以 OS 需要 先描述，再組織，將這些鬧鐘管理起來

可以借助鬧鐘，簡(jiǎn)單測(cè)試一下當(dāng)前服務(wù)器的算力

4.2、測(cè)試算力

如何簡(jiǎn)單粗暴的測(cè)試算力？ 設(shè)個(gè) 1 秒后響起的鬧鐘，看看程序能將一個(gè)值累加至多少

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main()
{
    alarm(1);   //設(shè)定一個(gè)一秒后的鬧鐘

    int n = 0;
    while(true)
    {
        cout << n++ << endl;
    };

    return 0;
}

這個(gè)云服務(wù)這么拉嗎？只能累加幾萬(wàn)次

其實(shí)不是，主要是因?yàn)楫?dāng)前程序涉及了 IO，這是非常耗時(shí)間的，可以取消 IO 并修改 SIGALRM 的執(zhí)行動(dòng)作為打印變量，看看能累加多少次

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int n = 0;

void handler(int signo)
{
    cout << n << endl;
    exit（1）;
}

int main()
{
    signal(SIGALRM, handler);
    alarm(1);   //設(shè)定一個(gè)一秒后的鬧鐘

    while(true)
        n++;

    return 0;
}

可以看到，取消 IO 后，累加了 5 億多次，近 10000 倍的差距

通過這個(gè)簡(jiǎn)單的小程序證明了一件事：IO 是非常慢的，能不 IO 就不 IO

注：因?yàn)楫?dāng)前是云服務(wù)器，存在 網(wǎng)絡(luò)延遲 的影響，所以實(shí)際差異更大

注意：鬧鐘是一次性的，只能響一次

5、硬件異常

最后一種產(chǎn)生（發(fā)送）信號(hào)的方式是：硬件異常

所謂 硬件異常 其實(shí)就是我們?cè)趯懗绦蜃畛Ｓ龅降母鞣N報(bào)錯(cuò)，比如 除 0、野指針

5.1、除 0 導(dǎo)致異常

先來看一段簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤代碼

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int n = 10;
    n /= 0;

    return 0;
}

顯然是會(huì)報(bào)錯(cuò)的是，畢竟 0 不能作為常數(shù)

根據(jù)報(bào)錯(cuò)信息，可以推測(cè)出此時(shí)發(fā)送的是 8 號(hào) SIGFPE 信號(hào)（浮點(diǎn)異常）

讓我們通過 signal 更改 8 號(hào)信號(hào)的執(zhí)行動(dòng)作，嘗試逆天改命，讓 除 0 合法？

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

void handler(int signo)
{
    cout << "雖然除 0 了，但我不終止進(jìn)程" << endl;
}

int main()
{
    signal(SIGFPE, handler);
    int n = 10;
    n /= 0;

    return 0;
}

結(jié)果：一直在死循環(huán)似的發(fā)送信號(hào)，明明只發(fā)生了一次 除 0 行為

想要明白背后的原理，需要先認(rèn)識(shí)一下 狀態(tài)寄存器

5.2、狀態(tài)寄存器

在 CPU 中，存在很多 寄存器，其中大部分主要用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，用于運(yùn)算，除此之外，還存在一種特殊的 寄存器 =》 狀態(tài)寄存器，這個(gè) 寄存器 專門用來檢測(cè)當(dāng)前進(jìn)程是否出現(xiàn)錯(cuò)誤行為，如果有，就會(huì)把 狀態(tài)寄存器（位圖結(jié)構(gòu)）中對(duì)應(yīng)的比特位置 1，意味著出現(xiàn)了 異常

當(dāng)操作系統(tǒng)檢測(cè)到 狀態(tài)寄存器 出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)根據(jù)其中的值，向出現(xiàn)異常的進(jìn)程 輪詢式 的發(fā)送信號(hào)，目的就是讓進(jìn)程退出

比如上面的 除 0 代碼，發(fā)生異常后，CPU 將 狀態(tài)寄存器 修改，變成 異常狀態(tài)，操作系統(tǒng)檢測(cè)到 異常 后會(huì)向進(jìn)程發(fā)送 8 號(hào)信號(hào)，即使我們修改了 8 號(hào)信號(hào)的執(zhí)行動(dòng)作，但 因?yàn)闋顟B(tài)寄存器仍然處于異常狀態(tài)，所以操作系統(tǒng)才會(huì)不斷發(fā)送 8 號(hào)信號(hào)，所以才會(huì)死循環(huán)式的打印

能讓 狀態(tài)寄存器 變?yōu)?異常 的都不是小問題，需要立即終止進(jìn)程，然后尋找、解決問題

畢竟如果讓 除 0 變?yōu)楹戏ǎ亲罱K的結(jié)果是多少呢？所以操作系統(tǒng)才會(huì)不斷發(fā)送信號(hào)，目的就是 終止進(jìn)程的運(yùn)行

5.3、野指針導(dǎo)致異常

除了 除 0 異常外，還有一個(gè) 臭名昭著 的異常：野指針問題

比如：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int* ptr = nullptr;
    *ptr = 10;

    return 0;
}

Segmentation fault 段錯(cuò)誤 這是每個(gè) C/C++ 程序猿都會(huì)遇到的問題，因?yàn)樘菀子|發(fā)了，出現(xiàn)段錯(cuò)誤問題時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)發(fā)送 11 號(hào) SIGSEGV 信號(hào)終止進(jìn)程，可以通過修改執(zhí)行動(dòng)作驗(yàn)證，這里不再演示

那么 野指針 問題是如何引發(fā)的呢？

借用一下 共享內(nèi)存 中的圖~

野指針問題主要分為兩類：

1. 指向不該指向的空間
2. 權(quán)限不匹配，比如只讀的區(qū)域，偏要去寫

共識(shí)：在執(zhí)行 *ptr = 10 這句代碼時(shí)，首先會(huì)進(jìn)行 虛擬地址 -> 真實(shí)（物理）地址 之間的轉(zhuǎn)換

指向不該指向的空間：這很好理解，就是頁(yè)表沒有將 這塊虛擬地址空間 與 真實(shí)（物理）地址空間 建立映射關(guān)系，此時(shí)進(jìn)行訪問時(shí) MMU 識(shí)別到異常，于是 MMU 直接報(bào)錯(cuò)，操作系統(tǒng)識(shí)別到 MMU 異常后，向?qū)?yīng)的進(jìn)程發(fā)出終止信號(hào)

C語(yǔ)言中對(duì)于越界 讀 的檢查不夠嚴(yán)格，屬于抽查行為，因此野指針越界讀還不一定報(bào)錯(cuò)，但越界寫是一定會(huì)報(bào)錯(cuò)的

權(quán)限不匹配：頁(yè)表中除了保存映射關(guān)系外，還會(huì)保存該區(qū)域的權(quán)限情況，比如 是否命中 / RW 等權(quán)限，當(dāng)發(fā)生操作與權(quán)限不匹配時(shí)，比如 nullptr 只允許讀取，并不允許其他行為，此時(shí)解引用就會(huì)觸發(fā) MMU 異常，操作系統(tǒng)識(shí)別到后，同樣會(huì)對(duì)對(duì)應(yīng)的進(jìn)程發(fā)出終止信號(hào)

頁(yè)表中的屬性

• 是否命中
• RW 權(quán)限
• UK 權(quán)限（不必關(guān)心）

注：MMU 是內(nèi)存管理單元，主要負(fù)責(zé) 虛擬地址 與 物理地址 間的轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)還會(huì)識(shí)別各種異常行為

一旦引發(fā)硬件層面的問題，操作系統(tǒng)會(huì)直接發(fā)信號(hào)，立即終止進(jìn)程

到目前為止，我們學(xué)習(xí)了很多信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)著不同的情況，其中有些信號(hào)還反映了異常信息，所以將信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，還是很有必要的

6、核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)

Linux 中提供了一種系統(tǒng)級(jí)別的能力，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在出現(xiàn)異常的時(shí)候，OS 可以將該進(jìn)程在異常的時(shí)候，核心代碼部分進(jìn)行 核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)，將內(nèi)存中進(jìn)程的相關(guān)數(shù)據(jù)，全部 dump 到磁盤中，一般會(huì)在當(dāng)前進(jìn)程的運(yùn)行目錄下，形成 core.pid 這樣的二進(jìn)制文件（核心轉(zhuǎn)儲(chǔ) 文件）

6.1、核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)的概念

對(duì)于某些信號(hào)來說，當(dāng)終止進(jìn)程后，需要進(jìn)行 core dump，產(chǎn)生核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件

比如：3號(hào) SIGQUIT、4號(hào) SIGILL、5號(hào) SIGTRAP、6號(hào) SIGABRT、7號(hào) SIGBUS、8號(hào) SIGFPE、11號(hào) SIGSEGV、24號(hào) SIGXCPU、25號(hào) SIGXFSZ、31號(hào) SIGSYS 都是可以產(chǎn)生核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件的

不同信號(hào)的動(dòng)作（Action）

• Trem -> 單純終止進(jìn)程
• Core -> 先發(fā)生核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)，生成核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件（前提是此功能已打開），再終止進(jìn)程

但在前面的學(xué)習(xí)中，我們用過 3、6、8、11 號(hào)信號(hào)，都沒有發(fā)現(xiàn) 核心轉(zhuǎn)儲(chǔ) 文件啊

難道是我們的環(huán)境有問題嗎？

確實(shí)，當(dāng)前環(huán)境確實(shí)有問題，因?yàn)樗?云服務(wù)器，而 云服務(wù)器 中默認(rèn)是關(guān)閉核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)功能的

6.2、打開與關(guān)閉核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)

通過指令 ulimit -a 查看當(dāng)前系統(tǒng)中的資源限制情況

ulimit -a

可以看到，當(dāng)前系統(tǒng)中的核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件大小為 0，即不生成核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件

通過指令手動(dòng)設(shè)置核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件大小

ulimit -c 1024

現(xiàn)在可以生成核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件了

就拿之前的 野指針 代碼測(cè)試，因?yàn)樗l(fā)送的是 11 號(hào)信號(hào)，會(huì)產(chǎn)生 core dump 文件

核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件是很大的，而有很多信號(hào)都會(huì)產(chǎn)生核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件，所以云服務(wù)器一般默認(rèn)是關(guān)閉的

云服務(wù)器上是可以部署服務(wù)的，一般程序發(fā)生錯(cuò)誤后，會(huì)立即重啟
如果打開了核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)，一旦程序 不斷掛掉、又不斷重啟，那么必然會(huì)產(chǎn)生大量的核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件，當(dāng)文件足夠多時(shí)，磁盤被擠滿，導(dǎo)致系統(tǒng) IO 異常，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)服務(wù)器掛掉的
還有一個(gè)重要問題是 core 文件中可能包含用戶密碼等敏感信息，不安全

關(guān)閉核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)很簡(jiǎn)單，設(shè)置為 0 就好了

ulimit -c 0

6.3、核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)的作用

如此大的核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件有什么用呢？

答案是 調(diào)試

沒錯(cuò)，核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件可以調(diào)試，并且直接從出錯(cuò)的地方開始調(diào)試

這種調(diào)試方式叫做 事后調(diào)試

調(diào)試方法：

1. gcc / g++ 編譯時(shí)加上 -g 生成可調(diào)試文件
2. 運(yùn)行程序，生成 core-dump 文件
3. gdb 程序 進(jìn)入調(diào)試模式
4. core-file core.file 利用核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件，快速定位至出錯(cuò)的地方

之前在 進(jìn)程創(chuàng)建、控制、等待 中，我們談到了 當(dāng)進(jìn)程異常退出時(shí)（被信號(hào)終止），不再設(shè)置退出碼，而是設(shè)置 core dump 位 及 終止信號(hào)

也就是說，父進(jìn)程可以借此判斷子進(jìn)程是否產(chǎn)生了 核心轉(zhuǎn)儲(chǔ) 文件

??總結(jié)

以上就是本次關(guān)于 Linux進(jìn)程信號(hào)【信號(hào)產(chǎn)生】的全部?jī)?nèi)容了，作為進(jìn)程信號(hào)系列的開篇之作，包含了很多內(nèi)容，首先是對(duì)信號(hào)的產(chǎn)生、保存、處理相關(guān)概念進(jìn)行了學(xué)習(xí)，然后針對(duì)信號(hào)產(chǎn)生，闡述了四種不同的方式，最后學(xué)習(xí)了核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)的相關(guān)概念，掌握了一種特殊的調(diào)試方式

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