基本概念
信号作为最简单的进程间通信手段，具有简单和开销小的优点，但是携带的信息有限。信号相当于软件层面的“中断”，它的实现手段导致了信号有很强的延时性。当一个进程收到另一个进程的信号时，无论程序执行到什么位置。必须立即停止运行，处理信号，处理结束后再继续执行后续指令，注意所有信号的产生及处理全部都是由内核完成的。信号必须满足一定的条件才能发送，不能够随意乱发。
产生信号的方式
1.按键产生，如：Ctrl+c（结束进程）、Ctrl+z（暂停进程）、Ctrl+（结束进程）；
2.系统调用产生，如：kill，ralse，abort；
3.软件条件产生，如：定时器alarm；
4.硬件异常产生，如：段错误，内存对齐出错；
5.命令产生：kill。
处理信号的方式
1.执行默认动作；
2.忽略；
3.捕捉，调用用户定义的信号处理函数。
未决信号集和信号屏蔽字
如下图所示，进程的内核空间中的pcb控制块中有未决信号集和信号屏蔽字两个位图（只有0和1两个状态），当进程没有收到信号时，未决信号中的位全部都为0，假如键盘上按下了Ctrl+c产生了一个结束当前进程的信号，则未决信号集里面对应的位会变成1，如果信号处理完毕后对应位又会变0，但是如果信号屏蔽字里面对应位为1，则信号不能递达，信号被阻塞，只有将其改回0后才能处理信号。
信号的分类
信号分为常规信号（131）和实时信号（3464），常规信号都有对应的默认事件发生(除了用户自定义的信号)，而实时信号没有对应的默认事件发生，实时信号一般做底层驱动才会用到。
常规信号有以下特点：
1.不排队（当阻塞了很多个同一个信号，解除阻塞后只会处理一个），可嵌套；
2.未响应，将丢弃；
3.产事件，发信号；
4.挂起多，随机响。
实时信号有以下特点：
1.要排队，不嵌套；
2.不忽略，不丢弃；
3.实时信，无对应。（实时信号，无对应的系统事件）
信号的四要素
1.编号 2.名称 3.事件对应信号 4.默认处理动作
注意：
1.信号使用之前应该清楚四要素才能使用，使用命令 man 7 signal 查看每个信号的作用；
2.不同芯片对应的信号编号可能会不同，但是名字是一样的，所以记名字比记编号更加通用。
注意：
1.9号信号和19号信号为特殊信号，只能执行默认动作不可以屏蔽。
信号相关API
kill()
函数功能：给指定进程的pid发送一个信号。
头 文 件:
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
定义函数:
int kill(pid_t pid, int sig);
参数分析：
pid: 小于-1：信号将被发送给组ID等于|-pid| 的进程组里面的所有进程
等于-1：信号将被发送给所有进程（如果当前进程对其有权限）
等于 0： 信号将被发送给与当前进程同一个进程组内的所有进程
大于 0：信号将被发送给 PID 等于 pid 的指定进程
sig：要发送的信号
返 回 值：
成功 ： 0
失败 ：-1
signal()
函数功能：注册信号捕捉函数。
头 文 件:
#include <signal.h>
定义函数:
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);
参数分析：
sig:要捕捉的信号
func:信号处理函数，当捕捉到指定信号后便会进入这个函数。
当第二个参数传递SIG_IGN时，捕捉的信号会被忽略；传递SIG_DFL时，则执行该信号的缺省动作。
返 回 值：
成功 ：最近一次调用该函数时第二个参数的值
失败 ：SIG_ERR
注意：
1.signal()函数一般与函数()kill配套使用，以此来捕捉某个信号，以此来改变信号的缺省行为，执行用户所需要的行为。
信号实验程序
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void func(int arg)
{
printf("Currently in signal response function
");
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
union sigval val;
signal(SIGUSR2 , func);
kill(getpid(), SIGUSR2);
return 0;
}
alarm()
函数功能：当时间减为0秒时产生一个SIGALRM信号将当前进程杀死，也可以捕捉该信号执行别的操作，相当于一个定时器(自然计时法)。
头 文 件:
#include <unistd.h>
定义函数:
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
参数分析：
seconds: 需要增加的定时秒数
返 回 值：
成功 ：上次定时剩余时间
失败 ：没有失败
注意：
1.每个进程只有一个定时器。
2.实际执行时间 = 系统时间 + 用户空间 + 等待时间，其中等待时间是最长的，因为系统中很多设备是共用的，尤其是使用printf打印一些东西到终端，如果将其打印到文件将大大提高效率，优化程序也是一般从io入手的，查看程序的运行时间在要执行程序的前面加上time就可以了。
alarm实验程序
int main(int argc, char const *argv[])
{
alarm(1);
int i = 0;
while(1)
{
printf("%d
", i);
i++;
}
return 0;
}
setitimer()
函数功能：设置定时器，可代替alarm函数，精度微秒us，可以实现周期定时。
头 文 件:
#include <sys/time.h>
定义函数:
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
参数分析：
which：定时方式：ITIMER_REAL（系统真实时间）
ITIMER_VIRTUAL（用户态花费时间）
ITIMER_PROF（系统和用户态的总和时间）
struct itimerval {
struct timeval it_interval; //周期定时,间隔时间
struct timeval it_value; //定时时间
};
struct timeval {
time_t tv_sec; //秒
suseconds_t tv_usec; //微秒
};
new_value：需要增加的定时时间
old_value：上次定时剩余时间
返 回 值：
成功 ：0
失败 ：-1
信号集
由前面可知信号集有阻塞信号集（信号屏蔽字）和未决信号集，用户只可以操作阻塞信号集，通过操作阻塞信号集来影响未决信号集。
信号集设定
因为阻塞信号集在内核的PCB中，用户不可以随意更改内核，所以可以自己定义一个集合并设置需要的位（信号集操作函数），再与阻塞信号集位与 或 位或（设置信号屏蔽字）。信号集操作函数就是做这种操作的。
信号集操作函数
sigset_t set; 自定义set信号集
int sigemptyset(sigset_t *set); 清空信号集set
int sigfillset(sigset_t *set); 将信号集set全部置1
int sigaddset(sigset_t *set, int signum); 将指定的信号置1
int sigdelset(sigset_t *set, int signum); 将指定的信号清0
int sigismember(const sigset_t *set, int signum); 当信号在对应的未决信号集中为1则函数sigismember()返回1
int sigpending(sigset_t set); 查看未决信号集，set为传出的
设置信号屏蔽字
sigprocmask()
函数功能：将自定义信号集set与阻塞信号集位与 或 位或操作
头 文 件:
#include <signal.h>
定义函数：
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
参数分析：
how：SIG_BLOCK： 设置阻塞
SIG_SETMASK：取消阻塞
SIG_UNBLOCK：设置阻塞，但是会替换掉原有的设置，所以一般不用
set：设定好的信号集
oldset：用以回复阻塞信号集的原有设置
返 回 值：
成功：0
失败：-1
信号集实验程序
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
void func(int arg)
{
printf("This is signal response arg: %d
", arg);
}
void print_set(sigset_t *set)
{
int i;
//判断未决信号集中的所有信号
for (i = 1; i < 32; i++)
{
//当信号i在对应的未决信号集中为1则函数sigismember()返回1
if (sigismember(set, i))
{
putchar('1');
}
else
{
putchar('0');
}
}
printf("
");
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
sigset_t set, pset;
//注册信号1(关闭终端),2（Ctrl+c）,3（Ctrl+）的处理函数
for (int i = 1; i < 4; i++)
{
signal(i , func);
}
//在此进程中产生信号1,2,3
for (int i = 3; i > 0; i--)
{
raise(i);
}
//清空用户自定义屏蔽字
sigemptyset(&set);
// 增加需要屏蔽的信号
for (int i = 1; i < 4; i++)
{
sigaddset(&set, i);
}
//将信号1,2,3屏蔽
int ret = sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);
if (-1 == ret)
{
perror("sigprocmask error");
return -1;
}
printf("sleep
");
sleep(3);
printf("wake up
");
//实时监测未决信号集，当用户按下Ctrl+c，Ctrl+时对应的位将被置1，表示该信号处理未执行
while(1)
{
int ret = sigpending(&pset);
if (-1 == ret)
{
perror("sigpending error");
}
print_set(&pset);
sleep(1);
}
return 0;
}
输出结果：
sigaction实现信号捕捉
上面讲到的函数signal()是ANSI定义的标准，并且在不同的操作系统中的行为也有所不同，这将造成程序的移植性不好，所以应该避免使用它，取而代之的是使用函数sigaction()。
sigaction()
函数功能：注册信号捕捉函数。
头 文 件:
#include <signal.h>
定义函数：
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
参数分析：
signum：需要捕捉的信号
struct sigaction
{
void (*sa_handler)(int); //需要注册的信号响应函数
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);//将sa_flags设置为SA_SIGINFO时，使用这个函数类型指针来注册信号响应函数，用以获取信号携带的数据
sigset_t sa_mask; //当在执行信号响应函数的时候，需要屏蔽的信号由这个自定义信号集决定，信号响应函数执行完后将决定权交还给PCB中的信号屏蔽字
int sa_flags; //为0时，在执行信号响应函数的时候，屏蔽产生执行信号响应函数的信号（默认选项）
void (*sa_restorer)(void);
};
act：信号处理参数结构体
oldact：原有的信号处理参数结构体
返 回 值：
成功：0
失败：-1
sigqueue()
函数功能：
发生一个信号，并且携带数据，需要配合函数sigaction()使用。
头 文 件：
#include <signal.h>
定义函数：
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);
参数分析：
pid：目标进程 PID
sig：要发送的信号
value：携带的额外数据
union sigval
{
int sigval_int;
void * sigval_prt;
}
sigaction实现信号捕捉实验程序
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
void func(int sig, siginfo_t *val, void *p)
{
printf("Currently in :%d signal response function
", sig);
printf("The data carried is :%s
", (char *)val->si_ptr);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
//1.定义一个信号处理结构体，并将其初始化
struct sigaction act;
bzero(&act, sizeof(act));
act.sa_sigaction = func;
act.sa_flags |= SA_SIGINFO;//设置信号可以携带数据
//2.设置信号处理结构体
sigaction(SIGINT, &act, NULL);
//3.设置信号携带的联合体
union sigval val;
val.sival_ptr = "Hello 2021";
//4.产生信号，并发送给自己
sigqueue(getpid(), SIGINT, val);
return 0;
}
内核实现信号捕捉流程简析
如下图步骤1所示用户空间进入内核需要一个契机，这个契机就是程序因为中断、异常、系统调用等进入内核。信号属于软中断，当信号产生时系统会从用户空间进入内核空间，检查信号是否产生，如果信号产生了并且设置了捕捉的话则执行信号响应函数，信号响应函数处理完毕之后调用sigreturn再次进入内核，最后再从内核返回用户空间执行后续代码。
