第六章 信号与信号处理
本章概述
本章讲述了信号和信号处理; 介绍了信号和中断的统一处理，有助于从正确的角度看待信号;将信号视为进程中断，将进程从正常执行转移到信号处理; 解释了信号的来源，包括来自硬件、异常和其他进程的信号; 然后举例说明了信号在Unix/Linux 中的常见用法; 详细解释了Unix/Linux中的信号处理，包括信号类型、信号向量位、信号掩码位、进程PROC结构体中的信号处理程序以及信号处理步骤; 用示例展示了如何安装信号捕捉器来处理程序异常，如用户模式下的段错误; 还讨论了将信号用作进程间通信（IPC）机制的适用性。读者可借助该编程项目，使用信号和管道来实现用于进程交换信息的进程间通信机制。
信号和中断
“中断”：是从I/O设备或协处理器发送到CPU的外部请求，它将CPU从正常执行转移 到中断处理。与发送给CPU的中断请求一样，“信号”是发送给进程的请求，将进程从正常执行转移到中断处理。
进程：一个“进程”就是一系列活动。广义的 “进程”包括：从事日常事务的人。在用户模式或内核模式下运行的Unix/Linux进程。执行机器指令的CPU。 “中断”：是发送给“进程”的事件，它将“进程”从正常活动转移到其他活动，称为“中断处理”。“进程”可在完成“中断”处理后恢复正常活动。
✋根据来源，中断可分为三类：来自硬件的中断、来自其他人的中断、自己造成的中断。
✋按照紧急程度，中断可分为以下几类:
不可屏蔽(NMI)； 可屏蔽。
进程中断
这类中断是发送给进程的中断。当某进程正在执行时，可能会收到来自3个不同来源的中断: 来自硬件的中断:终端、间隔定时器的“Ctrl+C”组合键等。 来自其他进程的中断:kill(pid，SIG#), death_of_child等。 自己造成的中断:除以0、无效地址等。 每个进程中断都被转换为一个唯一ID号，发送给进程。与多种类的人员中断不同，我们始终可限制在一个进程中的中断的数量。 Unix/Linux中的进程中断称为信号，编号为1到31。 进程的PROC结构体中有对应每个信号的动作函数，进程可在收到信号后执行该动作函数。 与人员类似，进程也可屏蔽某些类型的信号，以推迟处理。必要时，进程还可能会修改信号动作函数。
硬件中断：
这类中断是发送给处理器或CPU的信号。它们也有三个可能的来源： 来自硬件的中断：定时器、I/O设备等.
来自其他处理器的中断：FFP. DMA、多处理器系统中的其他CPU。
自己造成的中断：除以0、保护错误、INT指令。 毎个中断都有唯一的中断向量号。动作函数是中断向量表中的中断处理程序。 进程的陷阱错误 进程可能会自己造成中断。这些中断是由被CPU识别为异常的错误引起的，例如除以0、无效地址、非法指令、越权等。 当进程遇到异常时，它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。如果在用户模式下发生异常，则进程的默认操作是终止，并使用一个可选的内存转储进行调试。
Unix/Linux信号示例
（1)按“Ctrl+C”组合键通常会导致当前运行的进程终止。原因如下。“CtrI+C”组合键会生成一个键盘硬件中断。键盘中断处理程序将“Ctrl+C”组合键转换为SIGINT(2)信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输入的进程。在内核模式下，每个进程都要检查和处理未完成的信号。进程对大多数信号的默认操作是调用内核的kexit(exitValue)函数来终止。在Linux中，exitValue的低位字节是导致进程终止的信号编号。 (2）用户可使用nohup a.out &命令在后台运行一个程序。即使在用户退出后，进程仍将继续运行。nohup命令会使sh像往常一样复刻子进程来执行程序，但是子进程会忽略SIGHUP(1)信号。当用户退出时，sh会向与终端有关的所有进程发送一个SIGHUP信号。后台进程在接收到这一信号后，会忽略它并继续运行。为防止后台进程使用终端进行I/O,后台进程通常会断开与终端的连接(通过将其文件描述符0、1、2重定向到/devnull)，使其完全不受任何面向终端信号的影响。 (3）用户再次登录时可能会发现(通过ps -u LTD)后台进程仍在运行。用户可以使用sh命令kill pid(or kil1 -s 9 pid) 杀死该进程。 具体过程如下：执行杀死的进程向pid标识的目标进程发送一个SIGTERM ( 15)信号，请求它死亡。目标进程将会遵从请求并终止。如果进程选择忽略SIGTERM信号，它可能拒绝死亡。在这种情况下，我们可以使用kill -s 9 pid，肯定能杀死它。因为进程不能修改对9号信号的动作。 之所以是9个信号是因为在最初的Unix中，只有9个信号。9号信号被保留为终止进程的终极手段。虽然后来的Unix/Linux系统将信号编号扩展到了31，但是信号编号9的含义仍然保留了下来。
Unix/Linux中的信号处理
1.Unix/Linux支持的31种信号，在signal.h文件中均有定义
#define SIGHUP 1
#define SIGINT 2
#define SIGQUIT 3
#define SIGILL 4
#define SIGTRAP 5
#define SIGABRT 6
#define SIGIOT 6
#define SIGBUS 7
#define SIGFPE 8
#define SIGKILL 9
#define SIGUSR1 10
#define SIGSEGV 11
#define SIGUSR2 12
#define SIGPIPE 13
#define SIGALRM 14
#define SIGTERM 15
#define SIGSTKFLT 16
#define SIGCHLD 17
#define SIGCONT 18
#define SIGSTOP 19
#define SIGTSTP 20
#dpfine STGTTTN 21
#define SIGTTOU 22
#define SIGURG 23
#define SIGXCPU 24
#define SIGXFSZ 25
#define SIGVTALRM 26
#define SIGPROF 27
#define SIGWINCH 28
#define SIGPOLL 29
#define SIGPWR 30
#define SIGSYS 31
2、信号来源
（1）来自硬件的中断信号
在执行过程中，一些硬件中断被转换为信号发送给进程硬件信号。
（2）来自异常的信号
当用户模式下的进程遇到异常时，会陷入内核模式，生成一个信号，并发送给自己。
（3）来自其他进程的信号
进程可以使用kill（pid，sig）系统调用向pid标识的目标进程发送信号。
3、安装信号捕捉函数
进程可使用系统调用：
int r = signal(int signal_number,voide *handler);
进程可使用信号调用向pid标识的另一个进程发送信号
int r = kill(pid, signal_number);
sh命令使用kill系统调用
kill -s signal_number pid
信号处理步骤
（1）当某进程处于内核模式时，会检查信号并处理未完成的信号。
（2）重置用户安装的信号捕捉函数：用户安装的陷阱相关信号捕捉函数用于处理用户代码中的陷阱错误。
（3）信号和唤醒：在Unix/Linux内核中有两种SLEEP进程：深度休眠进程和浅度休眠进程。
信号与异常
Unix信号最初设计用于以下用途
作为进程异常的统一处理办法。
让进程通过预先安装的信号捕捉函数处理用户模式下的程序错误。
在特殊情况下，它会让某个进程通过信号杀死另一个进程。