linux信号调用机制

在Linux中，信号是进程间通讯的一种方式，它采用的是异步机制。当信号发送到某个进程中时，操作系统会中断该进程的正常流程，并进入相应的信号处理函数执行操作，完成后再回到中断的地方继续执行。

需要说明的是，信号只是用于通知进程发生了某个事件，除了信号本身的信息之外，并不具备传递用户数据的功能。

1 信号的响应动作

每个信号都有自己的响应动作，当接收到信号时，进程会根据信号的响应动作执行相应的操作，信号的响应动作有以下几种：

• 中止进程(Term)
• 忽略信号(Ign)
• 中止进程并保存内存信息(Core)
• 停止进程(Stop)
• 继续运行进程(Cont)

用户可以通过signal或sigaction函数修改信号的响应动作（也就是常说的“注册信号”，在文章的后面会举例说明）。另外，在多线程中，各线程的信号响应动作都是相同的，不能对某个线程设置独立的响应动作。

2 信号类型

Linux支持的信号类型可以参考下面给出的列表。

2.1 在POSIX.1-1990标准中的信号列表

注：其中SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕获、阻塞或忽略。

2.2 在SUSv2和POSIX.1-2001标准中的信号列表

注：在Linux 2.2版本之前，SIGSYS、SIGXCPU、SIGXFSZ以及SIGBUS的默认响应动作为Term，Linux 2.4版本之后这三个信号的默认响应动作改为Core。

2.3 其它信号

注意：列表中有的信号有三个值，这是因为部分信号的值和CPU架构有关，这些信号的值在不同架构的CPU中是不同的，三个值的排列顺序为：1，Alpha/Sparc；2，x86/ARM/Others；3，MIPS。

例如SIGSTOP这个信号，它有三种可能的值，分别是17、19、23，其中第一个值（17）是用在Alpha和Sparc架构中，第二个值（19）用在x86、ARM等其它架构中，第三个值（23）则是用在MIPS架构中的。

3 信号机制

文章的前面提到过，信号是异步的，这就涉及信号何时接收、何时处理的问题。

我们知道，函数运行在用户态，当遇到系统调用、中断或是异常的情况时，程序会进入内核态。信号涉及到了这两种状态之间的转换，过程可以先看一下下面的示意图：

接下来围绕示意图，将信号分成接收、检测和处理三个部分，逐一讲解每一步的处理流程。

3.1 信号的接收

接收信号的任务是由内核代理的，当内核接收到信号后，会将其放到对应进程的信号队列中，同时向进程发送一个中断，使其陷入内核态。

注意，此时信号还只是在队列中，对进程来说暂时是不知道有信号到来的。

3.2 信号的检测

进程陷入内核态后，有两种场景会对信号进行检测：

• 进程从内核态返回到用户态前进行信号检测
• 进程在内核态中，从睡眠状态被唤醒的时候进行信号检测

当发现有新信号时，便会进入下一步，信号的处理。

3.3 信号的处理

信号处理函数是运行在用户态的，调用处理函数前，内核会将当前内核栈的内容备份拷贝到用户栈上，并且修改指令寄存器（eip）将其指向信号处理函数。

接下来进程返回到用户态中，执行相应的信号处理函数。

信号处理函数执行完成后，还需要返回内核态，检查是否还有其它信号未处理。如果所有信号都处理完成，就会将内核栈恢复（从用户栈的备份拷贝回来），同时恢复指令寄存器（eip）将其指向中断前的运行位置，最后回到用户态继续执行进程。

至此，一个完整的信号处理流程便结束了，如果同时有多个信号到达，上面的处理流程会在第2步和第3步骤间重复进行。

重点理解上图三个部分：信号检测/信号调用/信号处理程序返回。明白怎么从正常进程到信号处理程序再到正常进程的过程。

4 信号的使用

4.1 发送信号

用于发送信号的函数有raise、kill、killpg、pthread_kill、tgkill、sigqueue，这几个函数的含义和用法都大同小异，这里主要介绍一下常用的raise和kill函数。

raise函数：向进程本身发送信号

函数声明如下：

#include <signal.h>

int raise(int sig);

函数功能是向当前程序(自身)发送信号，其中参数sig为信号值。

kill函数：向指定进程发送信号

函数声明如下：

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

函数功能是向特定的进程发送信号，其中参数pid为进程号，sig为信号值。

在这里的参数pid，根据取值范围不同，含义也不同，具体说明如下：

• pid > 0 ：向进程号为pid的进程发送信号
• pid = 0 ：向当前进程所在的进程组发送信号
• pid = -1 ：向所有进程(除PID=1外)发送信号(权限范围内)
• pid < -1 ：向进程组号为-pid的所有进程发送信号

另外，当sig值为零时，实际不发送任何信号，但函数返回值依然有效，可以用于检查进程是否存在。

4.2 等待信号被捕获

等待信号的过程，其实就是将当前进程(线程)暂停，直到有信号发到当前进程(线程)上并被捕获，函数有pause和sigsuspend。

pause函数：将进程(或线程)转入睡眠状态，直到接收到信号

函数声明如下：

#include <unistd.h>

int pause(void);

该函数调用后，调用者(进程或线程)会进入睡眠(Sleep)状态，直到捕获到(任意)信号为止。该函数的返回值始终为-1，并且调用结束后，错误代码(errno)会被置为EINTR。

sigsuspend函数：将进程(或线程)转入睡眠状态，直到接收到特定信号

函数声明如下：

#include <signal.h>

int sigsuspend(const sigset_t *mask);

该函数调用后，会将进程的信号掩码临时修改(参数mask)，然后暂停进程，直到收到符合条件的信号为止，函数返回前会将调用前的信号掩码恢复。该函数的返回值始终为-1，并且调用结束后，错误代码(errno)会被置为EINTR。

4.3 修改信号的响应动作

用户可以自己重新定义某个信号的处理方式，即前面提到的修改信号的默认响应动作，也可以理解为对信号的注册，可以通过signal或sigaction函数进行，这里以signal函数举例说明。

首先看一下函数声明：

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

第一个参数signum是信号值，可以从前面的信号列表中查到，第二个参数handler为处理函数，通过回调方式在信号触发时调用。

下面为示例代码：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

/* 信号处理函数 */
void sig_callback(int signum) {
    switch (signum) {
        case SIGINT:
            /* SIGINT: Ctrl+C 按下时触发 */
            printf("Get signal SIGINT. \r\n");
            break;
        /* 多个信号可以放到同一个函数中进行 通过信号值来区分 */
        default:
            /* 其它信号 */
            printf("Unknown signal %d. \r\n", signum);
            break;
    }

    return;
}

/* 主函数 */
int main(int argc, char *argv[]) {
    printf("Register SIGINT(%u) Signal Action. \r\n", SIGINT);

    /* 注册SIGINT信号的处理函数 */
    signal(SIGINT, sig_callback);

    printf("Waitting for Signal ... \r\n");

    /* 等待信号触发 */
    pause();

    printf("Process Continue. \r\n");

    return 0;
}

源文件下载：链接

例子中，将SIGINT信号（Ctrl+C触发）的动作接管(打印提示信息)，程序运行后，按下Ctrl+C，命令行输出如下：

./linux_signal_example
Register SIGINT(2) Signal Action. 
Waitting for Signal ... 
^CGet signal SIGINT. 
Process Continue.

进程收到SIGINT信号后，触发响应动作，将提示信息打印出来，然后从暂停的地方继续运行。这里需要注意的是，因为我们修改了SIGINT信号的响应动作（只打印信息，不做进程退出处理），所以我们按下Ctrl+C后，程序并没有直接退出，而是继续运行并将"Process Continue."打印出来，直至程序正常结束。

转载：http://hutaow.com/blog/2013/10/19/linux-signal/