Linux信号处理机制是什么

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Linux信号处理机制是什么

信号是一种异步处理的软中断,内核会发送给进程某些异步事件,这些异步事件可能来自硬件,比如除0或者访问了非法地址;也可能来自其他进程或用户输入,比如ctrl+c。

信号是一种进程间通信机制,信号都有一个对应的默认处理行为,信号触发时,信号处理函数和进程正常的执行流程同时存在,这会给编程带来隐患,如果信号处理函数中调用了不可重入函数的话。信号同其他进程间通信技术(管道、共享内存)相比,传递的信息还是有限的,由于信息较少所以也方便管理,一般在系统管理中使用,比如终止或者恢复进程等。    ·

信号的默认处理操作有:

  • 显式地忽略信号:即内核将会丢弃该信号,信号不会对目标进程产生任何影响。

  • 终止进程:很多信号的默认处理是终止进程,即将进程杀死。

  • 生成核心转储文件并终止进程:进程被杀死,并且产生核心转储文件。核心转储文件记录了进程死亡现场的信息。用户可以使用核心转储文件来调试,分析进程死亡的原因。

  • 停止进程:停止进程不同于终止进程,终止进程是进程已经死亡,但是停止进程仅仅是使进程暂停,将进程的状态设置成TASK_STOPPED,一旦收到恢复执行的信号,进程还可以继续执行。

  • 恢复进程的执行:和停止进程相对应,某些信号可以使进程恢复执行。

如果想要自定义信号处理逻辑,可以使用signal/sigaction函数接口来设置信号处理函数。

Linux信号可以分为两类:可靠信号和不可靠信号,信号值在[1,31] 之间的所有信号,都被称为不可靠信号;在[SIGRTMIN,SIGRTMAX] 之间的信号,被称为可靠信号。这二者之间是如何实现的呢?

对于不可靠信号,内核用位图来记录该信号是否处于挂起状态。如果收到某不可靠信号,内核发现已经存在该信号处于未决状态,就会简单地丢弃该信号。因此发送不可靠信号,信号可能会丢失,即内核递送给目标进程的次数,可能小于信号发送的次数。对于可靠信号,内核内部有队列来维护,如果收到可靠信号,内核会将信号挂到相应的队列中,因此不会丢失。严格说来,内核也设有上限,挂起信号的个数也不能无限制地增大,因此只能说,在一定范围之内,可靠信号不会被丢弃。

信号未决状态是指 从生成信号到信息处理逻辑执行的这段时间。

常见的Linux信号如下(可以通过命令kill -l查看):

SIGHUP 1 终端挂起或控制进程终止。当用户退出Shell时,由该进程启动的所有进程都会收到这个信号,默认动作为终止进程。
SIGINT 2 键盘中断。当用户按下组合键时,用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动作为终止进程。
SIGQUIT 3 键盘退出键被按下。当用户按下或组合键时,用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动作为退出程序。
SIGFPE 8 发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误,还包括溢出及除数为0等所有的算法错误。默认动作为终止进程并产生core文件。
SIGKILL 9 无条件终止进程。进程接收到该信号会立即终止,不进行清理和暂存工作。该信号不能被忽略、处理和阻塞,它向系统管理员提供了可以杀死任何进程的方法。
SIGALRM 14 定时器超时,默认动作为终止进程。
SIGTERM 15 程序结束信号,可以由 kill 命令产生。与SIGKILL不同的是,SIGTERM 信号可以被阻塞和终止,以便程序在退出前可以保存工作或清理临时文件等。
   

信号的执行时机

每个进程有一个对应的”信号表“的东东,当内核传递给进程信号时,会在该进程对应的信号表中写入信号,当进程由内核态切换到用户态时,会查信号表,如果有信号,则会执行信号处理逻辑。从信号生成到执行信号处理逻辑这段时间,信号是未决的。

在信号处理函数期间,有可能还会收到其他信号,当然也有可能再次收到正在处理的信号。如果在处理A信号期间再次收到A信号,会发生什么呢?

对于传统的System V信号机制,在信号处理期间,不会屏蔽对应的信号,而这就会引起信号处理函数的重入。这算是传统的System V信号机制的另一个弊端了。BSD信号处理机制修正了这个缺陷。当然了,BSD信号处理机制只是屏蔽了当前信号,并没有屏蔽当前信号以外的其他信号。

 

信号与线程

目前进程大都是多线程的,如果向某个多线程的进程发信号,到底由哪个线程来处理呢?

注意信号处理是属于进程维度的,我们都知道每个线程可以有自己的信号掩码,在POSIX标准下,发给进程的信号会在进程下某个未阻塞该信号的线程中随机选择。如果信号默认行为是终止操作,那么所有线程都会game over的,而不仅仅是接收到信号的那个线程。

注意这里讨论的信号和Java中的信号量不是一回事,Java中的 Semaphore 信号量是用来控制同时访问特定资源的线程数量,它通过协调各个线程,保证合理的使用公共资源。Semaphore可用作流量控制,特别是公共资源有限的应用场景,比如数据库连接。

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