当前位置：首页 > news >正文

Linux相关概念和易错知识点（24）（认识信号、信号捕捉）

news 来源：原创 2025/6/29 20:26:15

1.认识信号

（1）后台进程和前台进程

①为什么Ctrl + C能终止前台进程？

②如何终止这个后台程序？

（2）信号、异步和同步

①同步

②异步

（3）信号的处理

2.信号捕捉

（1）signal函数

（2）信号位图（pending）

（3）信号处理函数指针数组（handler）

（4）信号递达、未决、阻塞

（5）block、pending、handler表

（6）默认信号处理的Action

1.认识信号

（1）后台进程和前台进程

当我们使用&结尾时，就意味着程序将被挂到后台执行，bash进程在启动后台进程后依然可以命令行解释。下面是一个例子

./test &启动后台进程，./test启动前台进程。当开始后台进程后，会先显示[1] pid，其中[1]叫做后台进程的作业号。当我们启动前台进程后，终端被前台进程占用，终止前台进程使用Ctrl + C，但后台进程杀不掉。

现在我们的问题是，为什么前台进程用Ctrl + C就能杀掉？如何终止这个后台程序？这就要用到信号的知识了。

①为什么Ctrl + C能终止前台进程？

整体流程：按下键盘Ctrl + C会有信号产生 -> OS接收信号并解读信号 -> OS给进程发送信号 -> 进程接收到信号后退出。整个信号处理和发送的过程都是针对前台进程，因此后台进程不会受到影响。

②如何终止这个后台程序？

a.使用kill -9 (PID) 终止，本质上是发送9号信号给对应的进程

b.fg (作业号num，仅数字，不带[ ]) 将后台进程作业号为num的进程放到前台，再操作

除了./test &，我们还可以使用nohup ./test &使得遇到标准输出时专门打印到nohup.out文件（会自动创建）中，不影响前台执行的同时不遗漏信息。这里插一句，标准输出和标准错误流对象都是显示屏，nohup只会打印标准输出，如果程序有错误依然会打印到前台屏幕上，这样做的好处是输出和错误分离，我们可以清晰分辨什么是输出什么是错误。

（2）信号、异步和同步

信号是一种用户、OS、其它进程向目标进程发送异步事件的一种方式。

下面要稍微解释一下异步和同步的区别：

①同步

我们常规遇到的程序几乎就是同步的，同步指的是有计划执行，按原本的逻辑顺序执行的。比如我们的代码都是按照代码的顺序执行的，接受输入，按程序输出。

②异步

异步就是意料之外的，突然发生的，拥有不同执行路线。举个例子，当主程序执行时，如果我们按了Ctrl + C，OS将信号转发给进程后，进程会暂停主程序的执行，转而执行对应信号的相关操作，即退出程序。对于主程序流来说，处理信号捕捉执行流就是突然的，意料之外的。

下面是常见的信号，其中1 ~ 31为普通信号，34 ~ 64为实时信号，我们只关注普通信号

其中Ctrl + C对应2号信号，Ctrl + \对应3号信号，9号信号是特殊处理过的信号，无法被捕捉。

我们还可以用man 7 signal查看各种信号的功能，绝大部分信号的功能都是终止信号

识别信号是内置的特性，也就是说进程认识信号，信号的处理方法在信号产生之前就知道和准备好。

（3）信号的处理

进程接收到信号后不一定会立即处理，如果此时进程正在做优先级很高的事情，它就会在合适时处理。因此从信号的产生到信号的处理中间还要进行信号的保存。当处理信号时，进程选择执行默认行为，忽略信号，自定义动作。

2.信号捕捉

（1）signal函数

基本格式：(函数指针) signal(int signum, 函数指针 handler)

注意这个函数指针必须是void (int)格式的，否则不兼容

signal函数用于捕捉信号，捕捉到signum信号后执行void(int)格式的自定义函数handler，其中利用了回调函数的知识。

其返回值是返回先前的handler的值，方便我们进行回溯，给了我们机会还原信号处理方法。

下面是一个实例

我们需要体会信号捕捉后执行自定义函数的逻辑是异步的。signal只需设置一次，后续所有的信号2都会执行自己定义的函数。整个主程序就是一个设置信号捕捉（只是设置，程序设置完后不会陷在这里等信号，会继续向后执行），一个死循环。当信号被触发后，主程序流会切换到信号捕捉执行流中，执行完后再返回主程序流。整个过程都是一个进程实现的，并且信号捕捉执行流和主程序流并不是函数调用关系，这是理解异步执行的关键点。

（2）信号位图（pending）

进程如何记录下信号？信号是1 ~ 31连续的数字（31个信号），因此我们用位图中的前31位表示，哪一位为1就表示收到了哪一个信号。因此，2-SIGINT本质就是宏，表示位图，这个位图是uint32_t signalbits，它存在于PCB中。进程接收信号的本质是OS修改目标进程PCB中的信号位图signalbits，将对应位数0 -> 1。

操作系统是进程的唯一管理者，只有OS有权力修改位图。无论以什么方式向进程发送信号，最终都是先发给OS，再让OS发送（写入）信号。

（3）信号处理函数指针数组（handler）

在信号处理函数调用上，进程需要一个函数指针数组sighandler_t arr[32]，进程会先查位图，找到要处理的信号编号后会先-1，后用数字对应下标调用函数。

我们的捕捉信号操作（调用signal函数）本质上就是修改这张函数指针数组的指向，将函数指针的值改成自定义函数的地址。其中有2个地址很特殊，一个是0（SIG_IGN强转）一个是1（SIG_DFL强转）。很显然，进程会对这两个“地址”进行特殊处理，为0时捕捉信号后就会忽略，为1时重置信号处理为默认操作。

信号捕捉后三种处理：忽略、默认、自定义

（4）信号递达、未决、阻塞

信号递达：实际执行信号的处理动作称为信号递达

信号未决：信号从产生到递达之间的状态（被存储的状态）叫信号未决

信号阻塞：信号一直处于未决，不进行递达时叫信号阻塞

注意信号未决的定义，当信号被阻塞时也叫信号未决。

信号产生 -> 信号未决（保存，在合适的时候递达） -> 信号递达（信号处理）就是信号处理的流程。阻塞信号是一种操作，进程可以选择阻塞某个信号，这样就算相应信号产生，进程虽然一定会把进程进行保存，但信号永远不会递达，除非我们解除阻塞。

注意阻塞和忽略是不同的，忽略是一种递达时的处理方式，而阻塞信号后信号不可能递达，它们之间根本没有关系。

（5）block、pending、handler表

接下来我们要联系前面的知识，利用三张表让信号处理的流程动起来。

当进程接收到信号后，会修改pending表，当将要处理信号时，进程先查看block表对应信号是否被阻塞，如果没有被阻塞就根据handler执行操作，如果被阻塞就不执行操作。

再次强调，处理信号是一个异步的执行流，它和主程序执行流占用同一个进程，也就是说当执行信号处理时，主执行流没有进行任何指令推进，进程会选择将整个信号处理完后再回到主执行流。

但这就又带来了一个问题，当正处于信号处理执行流时，如果进程又收到了该信号应该怎么办？所以为防止冲突，当处于信号处理执行流时，对应信号block会被设为1，当执行完后block恢复。同时，我们还需知道pending表在处理信号前就会将1 -> 0，这样能分清处理信号期间有没有收到新的信号，且最多收到一次（就算多次触发，pending都为1）。

也就是说，当信号处理执行时，进程可以接收信号修改pending，但由于block不会和原执行流冲突，当原信号处理执行流结束后，block变为0，再处理起冲突期间接收到的同一信号。

（6）默认信号处理的Action

当选择默认处理时，我们会看到大多数信号的处理方式是终止进程，也有少数是忽略。

man 7 signal可以查看所有信号的默认处理（Action）

Ign是忽略，Term是正常终止，不需要debug。还有一个Action是Core—特殊处理（核心转储）。Core会在当前目录形成文件pid.core，在进程崩溃的时候将进程在内存中的部分信息保存起来，在gdb里面输入core-file（core文件名）就可以事后调试。如果是子进程出错呢？父进程wait到的status的第八个bit位core dump就标识了是否生成core文件。

ulimit -a查看core信息，我们可以使用ulimit -c 10240（文件大小限制）打开Core功能

如果终止信号的Action是core，并且core文件大小限制不为0，就代表着会生成文件，core文件名字不一定完全一致，根据系统而定。

1.认识信号

（1）后台进程和前台进程

①为什么Ctrl + C能终止前台进程？

②如何终止这个后台程序？

（2）信号、异步和同步

①同步

②异步

（3）信号的处理

2.信号捕捉

（1）signal函数

（2）信号位图（pending）

（3）信号处理函数指针数组（handler）

（4）信号递达、未决、阻塞

（5）block、pending、handler表

（6）默认信号处理的Action

相关文章：