初谈Linux信号-=-信号的产生

概述

从生活角度理解信号

• 你在网上买了很多件商品，再等待不同商品快递的到来。但即便快递没有到来，你也知道快递来临时， 你该怎么处理快递。也就是你能“识别快递”
• 当快递员到了你楼下，你也收到快递到来的通知，但是你正在打游戏，需5min之后才能去取快递。那 么在在这5min之内，你并没有下去去取快递，但是你是知道有快递到来了。也就是取快递的行为并不 是一定要立即执行，可以理解成“在合适的时候去取”。
• 在收到通知，再到你拿到快递期间，是有一个时间窗口的，在这段时间，你并没有拿到快递，但是你知 道有一个快递已经来了。本质上是你“记住了有一个快递要去取”
• 当你时间合适，顺利拿到快递之后，就要开始处理快递了。而处理快递一般方式有三种：1. 执行默认动 作（幸福的打开快递，使用商品）2. 执行自定义动作（快递是零食，你要送给你你的女朋友）3. 忽略快 递（快递拿上来之后，扔掉床头，继续开一把游戏）
• 快递到来的整个过程，对你来讲是异步的，你不能准确断定快递员什么时候给你打电话

Linux中信号

在Linux操作系统中通过kill -l命令可查看所有的信号：

信号是从1号开始的的，从信号1到信号31是普通信号，从信号35到信号64称之为实时信号，一般不考虑实时信号。

信号是Linux系统提供的一种向指定进程发送特定事件的一种方式，系统在收到信号时会做识别和处理。

信号产生是异步的：信号的产生和目标进程的运行是两条线，信号可以在程序的任意时刻产生，并且会打断当前正在执行的代码，转而执行信号处理函数。这种异步性质使得信号处理在编程中需要特别注意，因为信号可能会随时打断程序的正常执行流程。

信号常见的处理方式

1. 默认动作：进程的处理不做任何系统级的设置，新型号都是默认的。默认动作一般都是终止自己，也有暂停或者直接忽略。
2. 忽略动作：不处理进程或者就是直接忽略
3. 自定义处理–信号的捕捉

这三种方案只能选择一种，统一称之为信息好处的方式

对信号的捕捉，捕捉一次，后续一直有效：

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

void hander(int sig)
{
    std::cout<<"get a sig: "<<sig<<std::endl;
}

int main()
{
    signal(2,hander);

    while(1)
    {
        std::cout<<"hello gwj,pid: "<<getpid()<<std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

理解信号的发送与保存

进程有自己的PCB，是一个结构体，在结构体中有很多的成员变量，信号是给进程发送的，信号在进程中是用位图保存收到的信号的。

变量signals：

uint32_t signals;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

假设当前需要发送1号信号，只需要将0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000变成0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001。如此一来，就可以将所有普通信号保存起来。

发送信号：修改指定进程PCB中的信号的指定位图，简单来说其实就是写信号。

PCB是内核数据结构，只有操作系统可以修改内核结构对象中的值。

信号的产生

1. 通过kill命令，向指定的进程发送指定的信号
2. 键盘可以产生信号：ctrl+c、ctrl+\

1. 系统调用方式

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

int main(int argc,char *argv[])
{
    if(argc!=3)
    {
        std::cerr<<"Usage: "<<argv[0]<<" signum pid"<<std::endl;
        return 1;
    }
    pid_t pid=std::stoi(argv[2]);
    int signum=std::stoi(argv[1]);

    kill(pid,signum);

    return 0;
}

系统调用还有一个产生信号的函数raise：

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

void hander(int sig)
{
    std::cout<<"get a sig: "<<sig<<std::endl;
}

int main()
{
    int cnt=0;
    signal(3,hander);
    while(true)
    {
        sleep(2);
        raise(3);
    }
}

上述代码使用raise，是的程序每隔2秒向自己发送一个信号。

使用abort系统调用：

#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

void hander(int sig)
{
    std::cout<<"get a sig: "<<sig<<std::endl;
}

int main()
{
    int cnt=0;
    signal(SIGABRT,hander);
    while(true)
    {
        sleep(2);
        abort();
    }
}

abort自定义捕捉后，但是依然会终止程序。

如果把所有信号都捕捉了，会出现什么现象： 无论哪一个信号都无法终止程序，为了避免这种情况，系统中9号信号不允洗自定义捕捉

真正发送信号的是操作系统，只有操作系统可以发送信号。

1. 软件条件 如果一个管道的读端关闭，写端一直在进行，此时写的内容没有意义，操作系统会发送信号SIGPIPE（13号信号），就会直接终止目标进程。 上面是管道的只是，现在要介绍的是alarm函数：

调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动作是终止当前进程。

#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

void hander(int sig)
{
    std::cout<<"sig: "<<sig<<std::endl;
    exit(1);
}

int main()
{
    int cnt=1;
    signal(SIGALRM,hander);
    alarm(1);  //设定1秒后的闹钟 1s后会收到SIGALARM
    while(1)
    {
        std::cout<<"cnt: "<<cnt<<std::endl;
        cnt++;
    }

    return 0;
}

注意： alarm(0)表示取消闹钟，它的返回值表示上一个闹钟的剩余时间。 闹钟设置好后，默认只会触发一次。

1. 异常产生信号 硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核,然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除以0的指令,CPU的运算单元会产生异常,内核将这个异常解释 为SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非法内存地址,MMU会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。

int main()
{
    while(1)
    {
        std::cout<<"hello gwj,pid: "<<getpid()<<std::endl;
        int a=10;
        a/=0;
    }
}

int main()
{
    while(1)
    {
        std::cout<<"hello gwj,pid: "<<getpid()<<std::endl;
        int *p=nullptr;
        *p=100;
    }
}

上述程序直接崩溃，那么程序为什么会崩溃？ 程序非法访问导致操作系统给进行发送信号，由于收到信号，程序会退出。野指针对应发送的信号时SIGSEGV，除0对应的信号为SIGFPE。

除0错误：在计算机的CPU中，有一个eflag寄存器，这个寄存器中有一个溢出标记位，当10和0进行除法运算时，在计算机中其实相当于做了多次加法运算，此时溢出标记位标记为1，表示溢出，此时CPU内部报错。操作西永是软硬件资源的管理者，操作系统要随时处理这种操作，操作系统就是向目标进程发送信号。 寄存器只有一套，但是寄存器里面的数据是属于每一个进程的。

野指针错误：当前进程访问了非法内存地址,MMU会产生异常,内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。

总结： 终止进程实际上是释放进程的上下文数据，包括溢出标志数据或者其他异常数据。

core、term区别

core文件：当一个进程出现了异常，其实进程还在，但是他会帮我们形成一个debug文件，core文件里面存的是进程退出的时候的进程镜像数据，称之为核心转储。

通过ulimit -a我们可以查看当前用户的资源限制情况：

修改core大小为10240，命令：ulimit -c 10240

此时我们运行上述除0的程序，程序退出细节不一样，并且形成一个新的文件

为什么云服务器要关闭核心转储：

• 隐私和安全性考虑： 核心转储文件包含了进程的内存内容，可能会包含敏感信息如密码、密钥等。如果不加以保护或处理，这些信息可能会泄露，对系统安全构成威胁。
• 减少磁盘空间占用： 核心转储文件通常相对较大，尤其是对于内存占用较大的程序。在生产环境中，如果发生频繁的崩溃或异常终止，这些文件可能会占用大量的磁盘空间，影响系统的正常运行和管理。
• 性能影响： 生成和写入核心转储文件可能会消耗系统资源和IO操作，对系统的性能产生一定影响。在高性能和高可用性的生产环境中，为了最大化系统的稳定性和响应能力，可能会选择关闭核心转储以减少不必要的系统负载。

Term是异常终止