Linux：进程信号（一.认识信号、信号的产生及深层理解、Term与Core） ...

上次竣事了进程间通讯的知识先容：Linux：进程间通讯（二.共享内存详细解说以及小项目使用和相关指令、消息队列、信号量

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1.认识信号

**概念：**在Linux系统中，进程之间可以通过信号进行通讯，实现异步信息的发送和接收。
信号是Linux系统中一种轻量级的通讯机制，用于关照进程发生了某种事件或异常情况。进程可以发送信号给其他进程，也可以接收来自其他进程或系统的信号。
   

• 异步：是一种编程模子或通讯方式，指的是在进行操作或通讯时，不需要等待前一个操作完成或响应返回，而是可以继续执行下一个操作或使命(二者是并发的，一个不用等另一个)。异步编程可以进步系统的并发性和响应性，使得步伐能够更高效地利用资源和处理多个使命
  
• 异步信息通常指的是在通讯或交流过程中，信息的发送和接收是差异步的，即发送方和接收方的速度或时间不划一。这种情况下，接收方大概会在差异的时间点接收到发送方发送的信息
  

  可以使用kill -l来查看信号

   

• 1-31是普通讯号，34-64是实时信号，没有0，没有32 33
  
• 使用数字和名称都行（本质也是宏定义）
  

  进程看待信号方式

• 在没有发生的时间，进程就已经知道如果发生了，怎么进行处理：这句话大概指的是预先设置好的信号处理方式。在Linux系统中，进程可以使用signal()大概sigaction()等系统调用来注册信号处理函数，如许当特定信号发生时，系统会调用相应的信号处理函数来处理该信号。
  
• 进程能认识信号：这句话指的是我们可以辨认和处理特定的信号。Linux系统定义了一系列标准信号（如SIGINT、SIGTERM、SIGKILL等），每个信号都有特定的寄义和默认处理方式，进程可以根据需要辨认和处理这些信号。
  
• 信号到来的时间，如果进程正在处理更重要的事变，导致暂时不能处理到来的信号，那么进程必须要把到来的信号进行暂时生存：这指的是信号的异步性。当进程正在执行某些重要使命时，如果接收到信号，大概无法立即处理，此时系统会将信号暂时生存，等到合适的时机再进行处理。
  
• 信号到了，可以不立即处理，选择在合适的时间处理：进程可以选择在合适的时机处理信号，而不是立即响应。这种灵活性使得进程能够根据自身状态和需求来处理信号。
  
• 信号的产生是随时产生的，我们无法精确预料，以是信号是异步发送的：信号是由其他用户、进程或系统事件产生的，进程无法精确猜测信号的产生时机。因此，信号的发送是异步的，进程需要通过信号处理函数来处理这种异步事件。
  

   异步发送指的是信号是由其他用户或进程产生的，而接收信号的进程在信号到达之前大概一直在处理自己的使命
  

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2.信号的产生

2.1信号的处理的方式 — signal()函数

signal()函数是Linux系统中用于注册信号处理函数的函数。它的原型如下：

1. #include <signal.h>
3. typedef void (*sighandler_t)(int);
5. sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);//sighandler_t是个函数指针

复制代码

这个函数接受两个参数：signum表示要捕获的信号编号，handler表示要注册的信号处理函数。

• 参数说明：
  
  
  
  • signum：表示要捕获的信号编号，可以是预定义的信号宏如SIGINT、SIGTERM等，也可以是用户自定义的信号编号。
    
  • handler：表示要注册的信号处理函数，其**原型通常是void handler(int signal_number)（调用如许的函数）。**可以是函数指针（自定义），也可以是SIG_IGN（忽略信号）或SIG_DFL（默认处理）。
    
  
  
• 返回值：
  
  
  
  • signal()函数的返回值是一个函数指针，指向之前注册的信号处理函数。如果之前未注册过该信号的处理函数，则返回SIG_DFL（默认处理）。
    
  
  
• 信号处理方式：
  
  
  
  • 如果handler为函数指针，则表示注册自定义的信号处理函数，当收到指定信号时，系统会调用该函数进行处理。
    
  • 如果handler为SIG_IGN，表示忽略该信号，即当收到指定信号时不进行任那边理。
    
  • 如果handler为SIG_DFL，表示使用系统默认的处理方式，通常是停止进程或执行默认操作。
    
  
  
• 注意事项：
  
  
  
  • 当使用signal()函数注册信号处理函数时，处理函数并不会立即执行，而是在未来收到对应的信号时才会执行
    
  • 如果注册了一个处理SIGINT信号的处理函数，但是进程从未收到SIGINT信号，那么注册的处理函数也就永远不会被调用。这种情况大概会发生
    
  
  

   

• 定义信号处理函数：指的是编写现实的处理信号的函数，即编写处理SIGINT信号的具体函数逻辑。这个函数通常具有特定的原型，如void handler(int signal_number)。
  
• 注册信号处理函数：指的是使用signal()函数将定义好的信号处理函数与特定的信号关联起来。通过注册信号处理函数，系统会在收到对应的信号时调用这个函数来处理信号。
  

  完备的表述应该是：定义一个处理SIGINT信号的处理函数，并通过signal()函数将这个处理函数注册到SIGINT信号上。当进程收到SIGINT信号时，系统会调用注册的处理函数来处理该信号。
  2.2kill指令产生信号

kill指令是用于向进程发送信号的命令。通过kill命令，可以向指定进程发送差异类型的信号，例如SIGTERM、SIGKILL等。这些信号可以触发进程中注册的信号处理函数，大概直接停止进程的执行。
kill命令的基本语法为：

1. kill [options] <PID>

复制代码

<ID>是要发送信号的目标进程的进程ID。可以通过ps命令或其他方式获取目标进程的进程ID。

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <sys/types.h>
6. using namespace std;
8. int main()
9. {
10.     while(true)
11.     {
12.         cout << "I'm a process, pid:" << getpid() << endl;
13.         sleep(2);//我们写个死循环，每隔两秒打印一下
14.     }
15.     return 0;
16. }

复制代码

2.3键盘产生信号

• 我们之前使用的Ctrl+c：ctrl + c -> OS 解释成为2（SIGINT）号信号 -> 向目标进程进行发送 -> 进程收到-> 进程响应
  
  
  
  • 用户按下Ctrl+C组合键，操作系统会将这个操作解释为发送SIGINT（信号编号为2）信号给目标进程。
    
  • 目标进程收到SIGINT信号后，会执行与之关联的信号处理函数。通常情况下，SIGINT信号会导致进程停止执行，雷同于用户自动输入exit大概点击关闭窗口。
    
  
  
• 之前使用的Ctrl+\：ctrl + c -> OS 解释成为3（SIGQUIT）号信号 -> 向目标进程进行发送 -> 进程收到-> 进程响应
  
  
  
  • 用户按下Ctrl+\组合键，操作系统会将这个操作解释为发送SIGQUIT（信号编号为3）信号给目标进程。
    
  • 目标进程收到SIGQUIT信号后，会执行与之关联的信号处理函数。与SIGINT差异的是，SIGQUIT信号通常用于哀求进程停止，并且会生成core文件（如果core文件生成是启用的话)
    
  
  

验证：

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <sys/types.h>
4. #include <signal.h>
6. using namespace std;
8. void handler(int signum)
9. {
10.     cout << "got a signal, number is : " << signum << endl;
11. }
13. int main()
14. {
15.     signal(SIGINT, handler);  // 对2号信号SIGINT处理
16.     signal(SIGQUIT, handler); // 对号信号SIGQUIT处理
17.     while(true)
18.     {
19.         cout << "I'm a process, pid:" << getpid() << endl;
20.         sleep(2);
21.     }
22.     return 0;
23. }

复制代码

2.4系统调用发送信号 —kill系统调用、raise()和abort()库函数

kill是一个常见的系统调用，用于向指定的进程发送信号。通过kill系统调用，一个进程可以向另一个进程发送差异类型的信号，从而实现进程之间的通讯和控制。
kill系统调用的原型如下：

1. #include <sys/types.h>
2. #include <signal.h>
4. int kill(pid_t pid, int sig);

复制代码

• pid参数指定了要发送信号的目标进程的进程ID（PID）。如果pid为正数，则表示发送信号给进程ID为pid的进程；如果pid为0，则表示发送信号给与调用进程在同一进程组的所有进程；如果pid为-1，则表示发送信号给所有有发送权限的进程。
  
• sig参数指定了要发送的信号的编号，可以是预定义的信号常量（如SIGKILL、SIGTERM等），也可以是自定义的信号编号。
  

kill系统调用的返回值为0表示乐成发送信号，-1表示发送信号失败，并且在这种情况下，可以通过errno全局变量获取具体的错误信息。
我们可以利用这个，来实现一个kill指令

1. #include <iostream>
2. #include <unistd.h>
3. #include <sys/types.h>
4. #include <signal.h>
5. #include <cerrno>
6. #include <cstring>
8. using namespace std;
10. int main(int argc, char *argv[])
11. {
12.     if (argc != 3)
13.     {
14.         cout << "Usage: kill -signum pid" << endl;
15.         return 1;
16.     }
18.     int signum = stoi(argv[1] + 1); // 获取信号的数字
19.     int pid = stoi(argv[2]);        // 获取pid
21.     int n = kill(pid, signum);
22.     if (n == -1)
23.     {
24.         cerr << "kill failed: " << strerror(errno) << endl;
25.     }
26.     return 0;
27. }

复制代码

  可以对任意进程发送任意的信号
  

• raise()函数：raise()函数用于向当前进程发送一个信号。它的原型如下：
  
  1. int raise(int sig);

  复制代码
  sig是要发送的信号编号。
  乐成时返回0，失败时返回非零值
         对自己发送任意信号
     
  1. int main()
  2. {
  3.     int count = 0;
  4.     while (true)
  5.     {
  6.         cout << "cnt: " << count++ << endl;
  7.         sleep(1);
  8.         if (count == 3)
  9.         {
  10.             cout << "send 9 to itself" << endl;
  11.             raise(9);
  12.         }
  13.     }
  14.     return 0;
  15. }

  复制代码
  
  
  
• abort()函数：abort()函数用于异常停止步伐的执行。当调用abort()函数时，步伐会立即停止，并向操作系统发送SIGABRT信号。abort()函数的原型如下：
  
  1. void abort(void);

  复制代码
  abort()函数会导致步伐生成一个core文件，用于调试。一般来说，abort()函数被用于发现步伐中的严重错误，并且需要立即停止步伐执行。
  

   给自己放指定信号（6号SIGABRT）
  2.5软件条件产生信号

• 管道
  

读端关闭其文件描述符并且不再读取数据时，如果写端继续向管道写入数据，操作系统会发送一个SIGPIPE信号给写端进程。默认情况下，这个信号会停止写端进程。SIGPIPE信号是一个用于处理管道写端在写操作时无读端接收的情况的信号。

• alarm()函数
  

1. #include <unistd.h>
3. unsigned int alarm(unsigned int seconds);

复制代码

调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动作是停止当前进程。
函数的返回值是0大概是从前设定的闹钟时间还余下的秒数
   在Linux系统中，SIGALRM信号的默认行为是停止进程。当步伐设置一个定时器并在定时器到期时产生SIGALRM信号时，如果步伐没有显式地捕获和处理这个信号，那么默认情况下操作系统会停止该进程。
  alarm(0)，代表取消闹钟：alarm(0)函数会扫除之前设置的定时器，并返回剩余的定时器时间（如果有的话）而且不会再触发SIGALRM信号
  怎么理解软件条件：
   软件条件是指软件层面上的一种异常情况或特定的条件，通常由软件中断信号触发，用来关照进程某种特定的事件已经发生
  布局体与堆等数据布局都是软件，也有条件触发
  

2.6异常产生信号

• 代码除0了，收到8号信号SIGFPE
  
  1. void handler(int signum)
  2. {
  3.     cout << "got a signal, number is : " << signum << endl;
  4.     exit(0);
  5. }
  7. int main()
  8. {
  9.     signal(8, handler); // 8号信号SIGFPE
  10.     int a = 10;
  11.     int b = a / 0;
  12.     cout << b << endl;
  13.     return 0;
  14. }

  复制代码
  
  
  
• 访问野指针指向的空间，收到11号信号SIGSEGV(段错误)
  
  1. void handler(int signum)
  2. {
  3.     cout << "got a signal, number is : " << signum << endl;
  4.     exit(0);
  5. }
  7. int main()
  8. {
  9.     signal(11, handler); // 11号信号SIGSEGV
  10.     int* pa=nullptr;
  11.     *pa=10;
  12.     return 0;
  13. }

  复制代码

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3.信号产生的深层理解

键盘产生信号

那么现在又有问题了，什么叫做解释成为信号，什么叫做发送给进程？
信号暂时生存在那里呢？
   进程的PCB中，使用位图布局来存1到31号的信号：比特位的位置来表示信号编号，比特位的01来表示是否收到指定的信号
  那么发送信号本质上是写入信号：
  

    task_struct是内核数据布局，只有OS有能力写入。我们用户只能使用系统调用。以是，无论信号产生的方式有多少种，最终都是OS在进程中写入信号的
  异常产生信号

• 除0异常
  

   但如果我们自定义处理里，没有进行exit()退出，那么就会一直打印
  因为，寄存器中的数据都是进程的上下文，CPU一直在进行进程的调度，那么就涉及到进程上下文的生存和恢复，因为我们没有进行退出操作，以是每次恢复后，异常还是存在。
  

• 野指针异常
  

   最终信号一定都是OS进行写入进程中的信号位图中
  总结一下：
   

• 上面所说的所有信号产生，最终都要有OS来进行执行，为什么？OS是进程的管理者
  
• 信号的处理是否是立即处理的？在合适的时间
  

  4.Term与Core

• Term（Termination）：
  
  
  
  • 当进程接收到一个默认处理动作为Term的信号时，操作系统会立即停止该进程的执行。
    
  • 进程在接收到如许的信号后，会立即停止运行，并开释其所占用的系统资源。
    
  • 除非进程已经捕获了该信号并定义了自己的信号处理函数，否则进程会按照默认的Term动作被停止。
    
  
  
• Core（Core Dump）：
  
  
  
  • 当进程接收到一个默认处理动作为Core的信号时，操作系统不但会停止该进程的执行，还会生成一个核心转储文件（core dump file）。
    
  • 核心转储文件是进程在异常停止时的内存映像，它包罗了进程在停止时的状态信息，如变量值、函数调用栈等。
    
  • 这个文件对于步伐员来说非常有用，因为它可以资助他们分析进程瓦解的原因，进行调试和修复。
    
  • 与Term差异，Core动作在停止进程的同时还会生成一个额外的文件。
    
  
  

   需要注意的是云服务器默认关闭了core file的选项：因为如果步伐瓦解是由于某种未知的错误或条件触发的，并且这个问题没有得到及时办理，那么核心转储（core dump）文件大概会不停生成，占用大量的磁盘空间
  ulimit -a 是一个在 Linux中用于显示当前 shell 会话的资源限定的命令。ulimit 命令允许用户设置或查看各种 shell 和进程资源限定。这些限定可以资助防止系统资源的滥用，如 CPU 时间、文件大小、打开的文件描述符数量等。
  当你运行 ulimit -a 时，它会列出所有当前设置的资源限定。以下是一些常见的 ulimit 资源和它们的描述：
  

• -c: core file size (blocks, -c unlimited disables core files)
  
• -d: data seg size (kbytes, -d unlimited)
  
• -e: scheduling priority (-e 0 to 20)
  
• -f: file size (blocks, -f unlimited)
  
• -i: max locked memory (kbytes, -i unlimited)
  

  如果想要修改某个限定，可以使用 ulimit 命令加上相应的选项和新的限定值。
  例如，要设置最大打开文件描述符数量为 4096，你可以运行 ulimit -n 4096。但是请注意，这些限定通常只影响当前 shell 会话和由该 shell 启动的子进程。它们不会永久地改变系统配置。
  我们想要产生core文件的话：ulimit -c选项设置core file的大小
  core文件

• 为什么要有这个文件：我们想通过core来知道进程为什么退出，以及执行到哪行代码退出的
  
• 是什么：将进程在内存中的核心数据（与调试有关的）转储到磁盘中形成core、core.pid的文件
  
• 作用：最大的作用是方便我们调试了
  

Core文件是Linux系统下的内核转储文件，当步伐瓦解时由操作系统生成，主要用于对步伐进行调试。
当步伐出现内存越界、段错误（Segmentation Fault）或其他异常情况导致瓦解时，操作系统会中断该进程，并将当前内存状态、寄存器状态、堆栈指针、内存管理信息以及各个函数使用堆栈信息等生存到Core文件中。如许，步伐员就可以通过读取和分析Core文件来找出步伐瓦解的原因和位置，从而进行调试和修复。
Core文件的存在是为了资助步伐员更好地理解和办理步伐瓦解的问题。由于Core文件包罗了步伐瓦解时的详细内存状态信息，因此它对于调试复杂的内存问题、并发问题以及系统调用等问题非常有用。同时，由于Core文件是在步伐瓦解时自动生成的，因此它也可以作为一种自动记载步伐瓦解信息的机制，方便步伐员进行事后分析和排查。
但是，由于Core文件大概包罗大量的内存数据，因此它大概会占用较大的磁盘空间。在不需要进行调试或分析的情况下，可以通过修改操作系统的配置来克制生成Core文件或将其生存到其他位置。

1. #include <iostream>
2. #include <sys/types.h>
3. #include <sys/wait.h>
4. #include <signal.h>
6. using namespace std;
8. int main()
9. {
10.     pid_t id = fork();
11.     if (id == 0)
12.     {
13.         // child
14.         int a = 10;
15.         a /= 0;
16.         exit(1);
17.     }
18.     // father
19.     int status = 0;
20.     pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
21.     cout << "exit code:" << ((status >> 8) & 0xff) << endl;
22.     cout << "exit signal:" << (status & 0x7f) << endl;
23.     cout << "core dump:" << ((status >> 7) & 0x1) << endl;
24.     return 0;
25. }

复制代码

今天也是到这里了，（存货太多慢慢发了）。学了网络部门的要赶快做项目了

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