Linux信号(signal)机制

一、什么是信号

1.信号本质

软中断信号（signal，又简称为信号）用来通知进程发生了异步事件。在软件层次上是对中断机制的一种模拟，在原理上，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。信号机制除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。
进程对信号的处理方式不同可分为三类：

第一种是类似中断的处理程序，对于需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处理。
第二种方法是，忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就像未发生过一样。
第三种方法是，对该信号的处理保留系统的默认值，这种缺省操作，对大部分的信号的缺省操作是使得进程终止。进程通过系统调用signal来指定进程对某个信号的处理行为。

2.信号分类

根据可靠性可将信号分为可靠信号和不可靠信号，与时间的关系又可将信号分为实时信号与非实时信号。

可靠信号与不可靠信号

Linux信号机制基本上是从Unix系统中继承过来的。早期Unix系统中的信号机制比较简单和原始，信号值小于SIGRTMIN的信号都是不可靠信号。这就是"不可靠信号"的来源。它的主要问题是信号可能丢失。
随着时间的发展，实践证明了有必要对信号的原始机制加以改进和扩充。由于原来定义的信号已有许多应用，不好再做改动，最终只好又新增加了一些信号，并在一开始就把它们定义为可靠信号，这些信号支持排队，不会丢失。
信号值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之间的信号都是可靠信号，可靠信号克服了信号可能丢失的问题。Linux在支持新版本的信号安装函数sigation()以及信号发送函数sigqueue()的同时，仍然支持早期的signal()信号安装函数，支持信号发送函数kill()。
信号的可靠与不可靠只与信号值有关，与信号的发送及安装函数无关。目前linux中的signal()是通过sigation()函数实现的，因此，即使通过signal()安装的信号，在信号处理函数的结尾也不必再调用一次信号安装函数。同时，由signal()安装的实时信号支持排队，同样不会丢失。
对于目前linux的两个信号安装函数：signal()及sigaction()来说，它们都不能把SIGRTMIN以前的信号变成可靠信号（都不支持排队，仍有可能丢失，仍然是不可靠信号），而且对SIGRTMIN以后的信号都支持排队。这两个函数的最大区别在于，经过sigaction安装的信号都能传递信息给信号处理函数，而经过signal安装的信号不能向信号处理函数传递信息。对于信号发送函数来说也是一样的。

实时信号和非实时信号

早期Unix系统只定义了32种信号，前32种信号已经有了预定义值，每个信号有了确定的用途及含义，并且每种信号都有各自的缺省动作。如按键盘的CTRL ^C时，会产生SIGINT信号，对该信号的默认反应就是进程终止。后32个信号表示实时信号，等同于前面阐述的可靠信号。这保证了发送的多个实时信号都被接收。
非实时信号都不支持排队，都是不可靠信号；实时信号都支持排队，都是可靠信号。

二、Linux下的常用信号

1.查看信号

我们可以通过 kill -l 命令来查看当前系统所支持的信号，不同系统支持的信号是不相同的。

2.常用信号及说明

三、信号的使用

1.信号安装

函数原型

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);

第一个参数指定信号的值，第二个参数指定针对前面信号值的处理，可以忽略该信号（参数设为SIG_IGN）；可以采用系统默认方式处理信号(参数设为SIG_DFL)；也可以自己实现处理方式(参数指定一个函数地址)。
如果signal()调用成功，返回最后一次为安装信号signum而调用signal()时的handler值；失败则返回SIG_ERR。
传递给信号处理例程的整数参数是信号值，这样可以使得一个信号处理例程处理多个信号。

2.kill 函数

通常，我们把 kill 理解为杀死一个进程，其实这样的描述是不准确的，kill 其实是作为一个信号，由其中一个进程发给另一个进程，而发送的信号就是终止信号。

3.简单程序示例

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

#define print_words "Hello World"
#define sleep_time 1

int main(int argc ,char **argv)
{
        for( ; ; )
        {
              printf("%s\n",print_words);
              sleep(sleep_time);
        }
         
        printf("I'll exit.\n");
        
        return 0;
}

编译后运行程序，将会每隔一秒打印"Hello World",当我们按下Ctrl + c 后，或者使用命令查看到进程号后使用 kill 终止程序，我们可以通过 signal() 函数来捕捉信号，让某些终止信号被忽略。程序如下：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
  
#define sleep_time 2
#define print_words "Hello World"

void sig_handle(int signum)
{
        printf("Catch signal [%d]\n",signum);
}

int main(int argc,char **argv)
{
        signal(SIGINT,sig_handle);
        signal(SIGTERM,sig_handle);
        
        for( ; ; )
        {
               printf("%s\n",print_words);
               sleep(sleep_time);
        }

        printf("I'll exit.\n");

        return 0;
}

编译运行程序

可以发现，信号被捕捉后程序将不会退出，但是，通过上面的常用信号表可以得知有一个信号是不可以被捕捉的！
观察程序，我们可以发现，程序最后的 " I’ll exit "并没有打印，这是因为程序在接收到终止信号后会立刻退出程序，而不会执行后面的内容，但很多情况下，我们希望在程序退出前做某些事情，例如关掉某些开关或者文件描述符，我们只需要对程序进行简单修改即可！

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

int found = 0;

#define sleep_time 2
#define print_words "Hello World"

void sig_handle(int signum)
{
        printf("Catch signal [%d]\n",signum);
        found = 1;
}

int main(int argc,char **argv)
{
        signal(SIGINT,sig_handle);
        signal(SIGTERM,sig_handle);
        
        while(!found)
        {
               printf("%s\n",print_words);
               sleep(sleep_time);
        }

        printf("I'll exit.\n");

        return 0;
}