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Linux进程信号详解

信号与信号量的区别

信号和信号量，就像“老婆”和“老婆饼”——没有任何关系。

信号的概念

什么是信号？

信号是一种给进程发送的异步事件通知机制。简单说，就是能“打断”进程正在做的事，让进程去处理这个通知。

比如生活中，你正在上课（进程运行），快递员敲门（信号产生），你需要暂停上课去处理快递（进程处理信号）。这里的关键是：快递员啥时候来不确定（信号异步产生），但你知道该怎么接快递（进程提前知道信号处理方式）。

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基本结论

  1. 进程在信号产生前，就已经知道该怎么处理（提前“学会”了）。
  2. 信号不是立即处理，而是等进程到“合适的时机”再处理。
  3. 进程对信号的识别和处理方式，是操作系统设计时就确定好的。
  4. 信号的来源很多（键盘、系统调用、异常等）。

信号的产生方式

1. 键盘产生（仅前台进程）

键盘操作能给前台进程发信号，比如ctrl+c。

  • 用kill -l可查看所有信号，1-31是普通信号（进程择时处理），34-64是实时信号（立即处理）。
    image.png
  • ctrl+c实际发送的是2号信号（SIGINT），默认处理动作是终止进程。
    image.png
信号的处理方式

进程处理信号有3种方式：

  • 默认动作（比如大部分信号默认终止进程）；
  • 自定义动作（用代码修改处理逻辑）；
  • 忽略（收到信号不做任何处理）。

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用signal函数自定义信号处理

signal函数可以修改信号的默认处理动作，格式如下：
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示例代码：
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运行结果：ctrl+c不再终止进程，而是打印提示，因为我们把2号信号的处理动作改成了自定义函数。
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前台与后台进程
  • 前台进程：直接运行（./xxx），能接收键盘信号（如ctrl+c）。
  • 后台进程：加&运行（./xxx &），不接收键盘信号，需用kill命令终止。
  • 用jobs查看后台任务，fg 1将后台任务1转为前台，ctrl+z将前台进程转后台，bg 1让后台进程继续运行。

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2. 系统调用产生信号

发送信号的本质是修改进程内核数据结构（task_struct）中的信号位图（记录收到的信号）。操作系统提供了多个系统调用用于发送信号。

kill函数

给指定进程发信号，格式：
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示例：给PID为1234的进程发9号信号（强制终止）：kill(1234, 9)。

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raise函数

进程给自己发信号，示例代码：
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运行结果：进程给自己发9号信号后终止（9号信号无法被自定义处理）。
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abort函数

让进程自己终止，固定发送6号信号（SIGABORT），且会忽略自定义处理（强制用默认动作）。

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运行结果：进程收到6号信号后终止。
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3. 异常产生信号

程序运行出错时，操作系统会给进程发信号，导致进程崩溃。

除0错误

代码：
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结果：触发8号信号（SIGFPE，浮点数错误），进程终止。
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野指针错误

代码：
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结果：触发11号信号（SIGSEGV，段错误），进程终止。
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为什么操作系统会发信号？

操作系统是软硬件管理者，能检测CPU寄存器状态（如除0时的溢出标志）、内存访问错误（如野指针访问无效地址），一旦检测到，就给对应进程发信号。

4. 软件条件产生信号

某些软件场景会触发信号，比如管道读写错误、闹钟超时等。

alarm函数（闹钟）

给进程设置闹钟，时间到后操作系统发送14号信号（SIGALRM）。

  • 格式：unsigned int alarm(unsigned int seconds);
  • 功能：alarm(5)表示5秒后发SIGALRM；alarm(0)取消闹钟。
  • 返回值：上一个闹钟剩余的秒数（无则返回0）。

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示例1：自定义处理SIGALRM
代码：
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结果：5秒后收到14号信号，执行自定义打印。
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示例2：重复闹钟
代码：在信号处理函数中重新设置闹钟，实现每秒触发一次。
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结果：每秒打印一次提示。
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pause函数

让进程暂停，直到收到一个信号才继续运行。

代码：结合alarm和pause，实现定时任务。
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结果：每1秒执行一次任务。
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操作系统如何管理闹钟？

操作系统用“先描述再组织”的方式管理多个闹钟：

  • 每个闹钟用结构体描述（包含目标进程、超时时间等）。
    image.png
  • 用类似“最小堆”的结构组织，堆顶是最早超时的闹钟，定期检查，超时则给进程发SIGALRM。

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信号的保存

进程收到信号后不会立即处理，而是先保存起来。保存信号依赖三张“表”：pending（未决信号集）、block（阻塞信号集）、handler（处理函数集）。

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三张表的作用

  • pending（未决信号集）：位图，记录进程收到了哪些信号（比特位1表示收到，0表示未收到）。
  • block（阻塞信号集）：位图，记录哪些信号被“屏蔽”（比特位1表示阻塞，此时即使pending有该信号，也不会处理）。
  • handler（处理函数集）：函数数组，记录每个信号的处理方式（默认、忽略、自定义函数）。

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信号集操作函数

Linux提供函数操作这三张表，核心是sigset_t（信号集类型，类似位图）。

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常用函数
  • sigemptyset：初始化信号集为空（所有比特位0）。
  • sigfillset：初始化信号集为满（所有比特位1）。
  • sigaddset：向信号集添加某个信号（置位）。
  • sigdelset：从信号集删除某个信号（清位）。
  • sigismember：判断信号是否在信号集中。

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sigprocmask：修改block表

用于设置进程的阻塞信号集（block表）。
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sigpending：获取pending表

获取当前未决的信号集（pending表）。
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整合示例

代码：阻塞2号信号，发送信号后查看pending表，再解除阻塞观察处理结果。

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结果：

  • 阻塞期间，ctrl+c（2号信号）被记录在pending表（显示有未决信号）。
  • 解除阻塞后，信号被处理（执行自定义函数），pending表中对应位清0。

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信号的处理

信号处理的时机：进程从内核态返回用户态时，会检查pending表中未被阻塞的信号，按handler表的方式处理。

处理流程：

  1. 检查pending表，找到未被block的信号。
  2. 清空该信号在pending表中的位（1→0）。
  3. 执行handler表中对应的处理动作（默认、忽略、自定义函数）。

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补充知识

信号的重复产生

普通信号（1-31）多次产生时，pending表中只会记录一次（位图位只能是1）；实时信号（34-64）会按顺序处理多次。

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Core与Term的区别

进程终止的两种默认动作：

  • Term：直接终止进程，不保留现场。
  • Core：终止进程并生成core文件（核心转储），保存进程崩溃时的内存状态，用于调试。

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开启Core dump

默认情况下，很多系统关闭了Core dump（避免占用空间），可通过ulimit临时开启：

  • ulimit -a：查看当前限制（core file size为0表示关闭）。
    image.png
  • ulimit -c unlimited：开启Core dump（不限制大小）。
使用core文件调试

进程崩溃生成core文件后，可用gdb调试：
gdb ./程序名 core，直接定位到出错行。

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进程终止总结

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# linux # 运维 # 服务器
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