Linux 系统信号是如何工作的？

Linux 系统信号

背景介绍

在Linux操作系统中，信号（Signal）是用于进程间通信的一种重要机制，信号本质上是一种异步通知机制，允许进程在特定事件发生时接收到通知并作出相应处理，用户按下Ctrl+C组合键会发送SIGINT信号，通知进程进行中断操作，信号不仅用于进程间的通信，还可以用于内核与进程之间的通信，本文将详细介绍Linux系统中的信号概念、类型、产生与传递、以及信号的处理方式。

信号的基本概念

信号是一种软件层次上的中断机制，用于通知进程某个事件的发生，与硬件中断类似，信号可以打断进程的正常执行流程，使操作系统能够立即处理某些紧急事件或异常情况，信号的主要特点包括：

异步性：信号的发送和接收是异步的，进程无法预测信号何时到达。

通知性：信号的主要目的是通知进程某个事件的发生，而不是传递数据。

轻量级：信号是一种轻量级的通信形式，适用于嵌入式系统。

信号的类型

Linux系统中定义了多种信号，每种信号都有特定的编号和名称，常见的信号包括但不限于以下几种：

信号编号	信号名称	默认行为
1	SIGHUP	终端挂起或控制进程终止
2	SIGINT	键盘中断（Ctrl+C）
3	SIGQUIT	键盘退出键被按下
6	SIGABRT	由abort()函数发出
9	SIGKILL	强制终止进程
11	SIGSEGV	无效内存访问
15	SIGTERM	请求进程终止
17	SIGSTOP	停止进程
18	SIGCONT	恢复已停止的进程
19	SIGTSTP	键盘暂停键被按下

从Linux 2.2版本开始，还引入了实时信号（Real-time Signals），编号范围为32至64，这些信号提供了更高优先级和更精确的控制能力。

信号的产生与传递

信号的来源

信号可以来自多种来源，包括但不限于：

硬件来源：如按下键盘的Ctrl+C组合键会产生SIGINT信号。

软件来源：如调用kill()函数可以向指定进程发送信号。

系统调用：如除零错误会产生SIGFPE信号。

进程间通信：如使用sigqueue()函数发送信号。

信号的传递过程

信号从生成到处理经历三个阶段：

1、生成阶段：信号由内核或其他进程生成，并通过系统调用如raise()、kill()等发送给目标进程。

2、传递阶段：信号在传递过程中可能被阻塞或忽略，直到目标进程准备好处理该信号。

3、处理阶段：一旦目标进程接收到信号，会根据预设的处理方式进行处理，默认处理方式可能是终止进程、忽略信号或执行用户定义的信号处理函数。

信号的处理方式

默认处理方式

每个信号都有一个默认的处理方式，通常是终止进程或忽略信号。SIGTERM信号的默认处理方式是请求进程终止，而SIGSTOP信号则会停止进程。

自定义处理方式

进程可以通过signal()或sigaction()函数来捕获和处理信号，具体方法如下：

使用signal()函数：

signal()函数用于注册信号处理函数，其原型如下：

  #include <signal.h>
  sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

参数说明：

signum：要捕捉的信号编号。

handler：指向信号处理函数的指针，可以是自定义函数、SIG_IGN（忽略信号）或SIG_DFL（默认处理）。

返回值：返回之前注册的信号处理函数指针。

示例代码：

  void handle_sigint(int sig) {
      printf("Received SIGINT signal
");
  }
  int main() {
      signal(SIGINT, handle_sigint);
      while (1) {
          printf("Running...
");
          sleep(1);
      }
      return 0;
  }

使用sigaction()函数：

sigaction()函数提供了比signal()更强大的功能，可以指定更多的选项，如是否阻止其他信号、是否重启被信号打断的系统调用等，其原型如下：

  #include <signal.h>
  int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

参数说明：

signum：要捕捉的信号编号。

act：指向struct sigaction结构的指针，包含信号处理函数及其他选项。

oldact：指向存储旧的信号处理设置的struct sigaction结构的指针。

示例代码：

  void handle_sigint(int sig) {
      printf("Caught SIGINT signal
");
  }
  int main() {
      struct sigaction sa;
      sa.sa_handler = handle_sigint;
      sa.sa_flags = 0; // 或 SA_RESTART
      sigemptyset(&sa.sa_mask);
      sigaction(SIGINT, &sa, NULL);
      while (1) {
          printf("Running...
");
          sleep(1);
      }
      return 0;
  }

常见问题解答

FAQs

1. 什么是信号？信号在Linux系统中有什么作用？

答：信号是一种异步通知机制，用于通知进程某个事件的发生，它可以打断进程的正常执行流程，使操作系统能够立即处理某些紧急事件或异常情况，信号在Linux系统中主要用于进程间通信、异常处理和系统监控。

2. 如何捕获和处理信号？

答：可以使用signal()或sigaction()函数来捕获和处理信号，通过这两个函数，进程可以注册自定义的信号处理函数，当收到特定信号时，系统会调用该函数进行处理。

3. SIGKILL和SIGTERM有什么区别？

答：SIGKILL（信号编号9）和SIGTERM（信号编号15）都用于终止进程，但有所不同。SIGKILL不能被捕获或忽略，一定会导致进程终止；而SIGTERM可以被进程捕获和忽略，默认情况下会请求进程终止，但进程可以选择不终止自己。

4. 什么是实时信号？实时信号与标准信号有什么区别？

答：实时信号是Linux 2.2版本引入的一种新的信号类型，编号范围为32至64，实时信号提供了更高的优先级和更精确的控制能力，适用于需要精确定时和可靠传输的场景，与标准信号不同，实时信号支持排队，不会丢失，并且总是可靠交付。

5. 如何在程序中忽略某个信号？

答：可以在程序中使用signal()函数将某个信号的处理方式设置为SIG_IGN，从而忽略该信号。signal(SIGINT, SIG_IGN);表示忽略SIGINT信号。

本文详细介绍了Linux系统中的信号机制，包括信号的基本概念、类型、产生与传递、以及信号的处理方式，通过本文的学习，读者可以了解到信号在Linux系统中的重要性及其应用场景，掌握如何在实际编程中捕获和处理信号，提高系统的健壮性和可靠性，无论是进行系统编程还是开发高性能应用，理解和正确使用信号都是至关重要的技能。

以上内容就是解答有关“linux 系统信号”的详细内容了，我相信这篇文章可以为您解决一些疑惑，有任何问题欢迎留言反馈，谢谢阅读。