信号的基础

生活中

生活中的信号：红绿灯，手机的来电通知等。

为什么这些是信号呢？因为我们知道这些信号的意义代表着什么。

例如：红绿灯

有人教育过我们，让我们的大脑记住了红绿灯属性对应的行为。

但是，我们就算知道这个信号，也不一定要立刻去处理，因为可能正在做另一间更重要的事情。

所以我们也会有对应的三个动作：

默认动作（看到红灯停），自定义动作（看到红灯不是立刻停下，而而是后退一步或者是其他操作），忽略动作（看到红灯不停）。

技术上

首先要清楚一点，信号是OS发给进程的。

例如：kill -9 进程的pid

那么进程是如何识别信号的呢？

认识+动作。

进程本身就是被程序员编写出来的。

当进程收到某个信号的时候，它可能无法第一时间作出处理，有可能在执行更重要的代码。这也就说明进程对于信号要有保存的能力。

进程对于处理信号有三种动作：默认，自定义，忽略。这里有一个专业名词，叫做信号被捕捉。

那么信号是保存在了哪里呢？

是保存在了进程的PCB中。里面用的是位图结构，假如说有32个比特位，那么就可以保存32种信号。0表示没收到，1表示没有。

也就是说，给进程发送信号的本质其实就是修改PCB中的信号位图而已。

我们还能得出一个结论，一个进程的PCB是内核数据结构对象，PCB是的管理者是OS,也之后OS有权利去修改PCB中的位图结构。

结论：信号发送的各种方式，都是通过OS给进程发送信号，那么OS必须提供发送信号处理信号的相关系统调用。

再来看看之前见过的信号：

一个程序在运行的时候，如果用ctrl+c，进程就立刻终止了，这里其实就是相当于给进程发送了一个信号。

其实这个本质就是像这个进程发送了2号信号，这里用kill -l来查看所有信号。

上面说过，每个信号都有对应的动作，那么如何查看2号信号的对应动作呢？

man 7 signal

这个默认行为就是终止进程。

如果我想看到是如何向这个进程发送2号信号怎么办呢？

信号的产生

信号捕捉接口

这里的参数第一个是对于当前进程几号信号进行捕捉，第二个参数是一个函数指针，这个相对应的函数内容是对于当前进程自定义动作。（自己实现）

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;
void handler(int signo)//参数是对应信号的编号
{
    cout << "进程捕捉到了要给信号，信号编号是：" << signo << endl;
}
int main()
{
    //这里是signal函数调用，不是handler函数调用
    //这里只是设置对于2号信号会进行捕捉而已，只有收到对应的信号才会执行handler函数中对应的内容
    signal(2,handler);
    while(true) 
    {
        cout << "进程" << getpid() << endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

这个时候ctrl+c和kill -2 pid都不会使这个进程停止下来。

如果想退出可以用kill -9 pid或者ctrl+\（也是默认终止当前进程）。

信号发送接口

向任意进程发送信号

信号发送第一种方法是通过键盘发送，上面的组合键就是。

第二种方法是系统调用向目标进程发送信号。

这个接口就是向目标进程发送信号。

首先要清楚，OS才有权力向进程发送信号，对用户提供向进程发送信号的服务要通过系统调用才可以。

第一个参数是要向哪个进程发送pid，第二个参数是要向该进程发送几号信号。

成功返回0，失败返回-1。

我们可以利用这个系统接口来实现一个对另外进程发送信号的进程。

可以向任意进程发送任意信号。

向自己发送信号

参数就是信号编号。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
    int count = 0;
    while(true)
    {
        if(count == 5)
        {
            cout << "向进程发送2号信号" << endl;
            raise(2);
        }
        cout << "进程计数：" << count << endl;
        count++;
    }
    return 0;
}

这个接口是给自己发送指定的信号。（STGABRT，6号信号）

这里我们来说一下如何理解信号处理的行为：

有很多的情况，进程收到大部分的信号默认动作都是终止进程。

信号的意义：如果进程有异常，遇到异常终止了进程，那么是因为什么种类的异常停止了呢？这个时候就需要发送一个信号来判断是什么异常。

第三种方式，硬件异常产生的信号。

浮点数错误。

那么为什么除0就会终止进程呢？

因为当前进程会收到OS的信号。

然后我们来捕捉一下8号信号，并且略微改动一下代码：

我们发现，这里一直在打印接受到8号信号，可是我们这里只除了一次0，为什么一直在发送呢？

下面说一说对于这段代码的理解：

CPU在计算的时候会有很多个寄存器，其中有一个是状态寄存器，这个是用来衡量这一次计算的结果，如果发现数据计算异常，比如说除0，等于除无穷大，这个时候状态寄存器中的数据溢出的位置就会由0置为1。

CPU运算发生了异常，OS就会知道，所以OS立刻就知道是当前进程出问题了，立刻向这个进程发送8号信号。

所以，收到信号不一定就会退出，如果没退出，有可能还会被调度。

CPU的寄存器只有一份，但是寄存器中的内容属于当前进程的上下文。

我们也无法将CPU中的状态寄存器修改，当进程被进行切换的时候，就有无数次状态寄存器就有被保存和恢复的过程。

所以每一次恢复的时候，OS就会识别到CPU内控部的状态寄存器溢出标志位。

同理，野指针也硬件异常，我们访问地址是先去虚拟地址空间然后通过页表映射到物理内存，一旦发生野指针，页表就会拦截，OS也会注意到，然后直接向当前进程发送信号。