linux中的signal机制（转）

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linux中的signal机制（转）

2024-09-02 13:42:36 221人阅读

信号是Linux编程中非常重要的部分，本文将详细介绍信号机制的基本概念、Linux对信号机制的大致实现方法、如何使用信号，以及有关信号的几个系统调用。

信号机制是进程之间相互传递消息的一种方法，信号全称为软中断信号，也有人称作软中断。从它的命名可以看出，它的实质和使用很象中断。所以，信号可以说是进程控制的一部分。

一、信号的基本概念

本节先介绍信号的一些基本概念，然后给出一些基本的信号类型和信号对应的事件。基本概念对于理解和使用信号，对于理解信号机制都特别重要。下面就来看看什么是信号。

1、基本概念

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。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。注意，信号只是用来通知某进程发生了什么事件，并不给该进程传递任何数据。

收到信号的进程对各种信号有不同的处理方法。处理方法可以分为三类：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，就象未发生过一样。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。

在进程表的表项中有一个软中断信号域，该域中每一位对应一个信号，当有信号发送给进程时，对应位置位。由此可以看出，进程对不同的信号可以同时保留，但对于同一个信号，进程并不知道在处理之前来过多少个。

2、信号的类型

发出信号的原因很多，这里按发出信号的原因简单分类，以了解各种信号：

（1）与进程终止相关的信号。当进程退出，或者子进程终止时，发出这类信号。

（2）与进程例外事件相关的信号。如进程越界，或企图写一个只读的内存区域（如程序正文区），或执行一个特权指令及其他各种硬件错误。

（3）与在系统调用期间遇到不可恢复条件相关的信号。如执行系统调用exec时，原有资源已经释放，而目前系统资源又已经耗尽。

（4）与执行系统调用时遇到非预测错误条件相关的信号。如执行一个并不存在的系统调用。

（5）在用户态下的进程发出的信号。如进程调用系统调用kill向其他进程发送信号。

（6）与终端交互相关的信号。如用户关闭一个终端，或按下brea

k键等情况。

（7）跟踪进程执行的信号。

Linux支持的信号列表如下。很多信号是与机器的体系结构相关的，首先列出的是POSIX.1中列出的信号：

信号值处理动作发出信号的原因

----------------------------------------------------------------------

SIGHUP 1 A 终端挂起或者控制进程终止

SIGINT 2 A 键盘中断（如break键被按下）

SIGQUIT 3 C 键盘的退出键被按下

SIGILL 4 C 非法指令

SIGABRT 6 C 由abort(3)发出的退出指令

SIGFPE 8 C 浮点异常

SIGKILL 9 AEF Kill信号

SIGSEGV 11 C 无效的内存引用

SIGPIPE 13 A 管道破裂: 写一个没有读端口的管道

SIGALRM 14 A 由alarm(2)发出的信号

SIGTERM 15 A 终止信号

SIGUSR1 30,10,16 A 用户自定义信号1

SIGUSR2 31,12,17 A 用户自定义信号2

SIGCHLD 20,17,18 B 子进程结束信号

SIGCONT 19,18,25 进程继续（曾被停止的进程）

SIGSTOP 17,19,23 DEF 终止进程

SIGTSTP 18,20,24 D 控制终端（tty）上按下停止键

SIGTTIN 21,21,26 D 后台进程企图从控制终端读

SIGTTOU 22,22,27 D 后台进程企图从控制终端写

下面的信号没在POSIX.1中列出，而在SUSv2列出

信号值处理动作发出信号的原因

--------------------------------------------------------------------

SIGBUS 10,7,10 C 总线错误(错误的内存访问)

SIGPOLL A Sys V定义的Pollable事件，与SIGIO同义

SIGPROF 27,27,29 A Profiling定时器到

SIGSYS 12,-,12 C 无效的系统调用 (SVID)

SIGTRAP 5 C 跟踪/断点捕获

SIGURG 16,23,21 B Socket出现紧急条件(4.2 BSD)

SIGVTALRM 26,26,28 A 实际时间报警时钟信号(4.2 BSD)

SIGXCPU 24,24,30 C 超出设定的CPU时间限制(4.2 BSD)

SIGXFSZ 25,25,31 C 超出设定的文件大小限制(4.2 BSD)

（对于SIGSYS，SIGXCPU，SIGXFSZ，以及某些机器体系结构下的SIGBUS，Linux缺省的动作是A (terminate)，SUSv2 是C (terminate and dump core)）。

下面是其它的一些信号

信号值处理动作发出信号的原因

----------------------------------------------------------------------

SIGIOT 6 C IO捕获指令，与SIGABRT同义

SIGEMT 7,-,7

SIGSTKFLT -,16,- A 协处理器堆栈错误

SIGIO 23,29,22 A 某I/O操作现在可以进行了(4.2 BSD)

SIGCLD -,-,18 A 与SIGCHLD同义

SIGPWR 29,30,19 A 电源故障(System V)

SIGINFO 29,-,- A 与SIGPWR同义

SIGLOST -,-,- A 文件锁丢失

SIGWINCH 28,28,20 B 窗口大小改变(4.3 BSD, Sun)

SIGUNUSED -,31,- A 未使用的信号(will be SIGSYS)

（在这里，- 表示信号没有实现；有三个值给出的

含义为，第一个值通常在Alpha和Sparc上有效，中间的值对应i386和ppc以及sh，最后一个值对应mips。信号29在Alpha上为SIGINFO / SIGPWR ，在Sparc上为SIGLOST。）

处理动作一项中的字母含义如下

A 缺省的动作是终止进程

B 缺省的动作是忽略此信号

C 缺省的动作是终止进程并进行内核映像转储（dump core）

D 缺省的动作是停止进程

E 信号不能被捕获

F 信号不能被忽略

上面介绍的信号是常见系统所支持的。以表格的形式介绍了各种信号的名称、作用及其在默认情况下的处理动作。各种默认处理动作的含义是：终止程序是指进程退出；忽略该信号是将该信号丢弃，不做处理；停止程序是指程序挂起，进入停止状况以后还能重新进行下去，一般是在调试的过程中（例如ptrace系统调用）；内核映像转储是指将进程数据在内存的映像和进程在内核结构中存储的部分内容以一定格式转储到文件系统，并且进程退出执行，这样做的好处是为程序员提供了方便，使得他们可以得到进程当时执行时的数据值，允许他们确定转储的原因，并且可以调试他们的程序。

注意信号SIGKILL和SIGSTOP既不能被捕捉，也不能被忽略。信号SIGIOT与SIGABRT是一个信号。可以看出，同一个信号在不同的系统中值可能不一样，所以建议最好使用为信号定义的名字，而不要直接使用信号的值。

三、有关信号的系统调用

前面两节已经介绍了有关信号的大部分知识。这一节我们来了解一下这些系统调用。其中，系统调用signal是进程用来设定某个信号的处理方法，系统调用kill是用来发送信号给指定进程的。这两个调用可以形成信号的基本操作。后两个调用pause和alarm是通过信号实现的进程暂停和定时器，调用alarm是通过信号通知进程定时器到时。所以在这里，我们还要介绍这两个调用。

1、signal 系统调用

系统调用signal用来设定某个信号的处理方法。该调用声明的格式如下：

void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

在使用该调用的进程中加入以下头文件：

#include <signal.h>

上述声明格式比较复杂，如果不清楚如何使用，也可以通过下面这种类型定义的格式来使用（POSIX的定义）：

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

但这种格式在不同的系统中有不同的类型定义，所以要使用这种格式，最好还是参考一下联机手册。

在调用中，参数signum指出要设置处理方法的信号。第二个参数handler是一个处理函数，或者是

IG_IGN：忽略参数signum所指的信号。

SIG_DFL：恢复参数signum所指信号的处理方法为默认值。

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。系统调用signal返回值是指定信号signum前一次的处理例程或者错误时返回错误代码SIG_ERR。下面来看一个简单的例子：

#include <signal.h>

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

void sigroutine(int dunno) { /* 信号处理例程，其中dunno将会得到信号的值 */

switch (dunno) {

case 1:

printf("Get a signal -- SIGHUP ");

break;

case 2:

printf("Get a signal -- SIGINT ");

break;

case 3:

printf("Get a signal -- SIGQUIT ");

break;

}

return;

}

int main() {

printf("process id is %d ",getpid());

signal(SIGHUP, sigroutine); //* 下面设置三个信号的处理方法

signal(SIGINT, sigroutine);

signal(SIGQUIT, sigroutine);

for (;;) ;

}

其中信号SIGINT由按下Ctrl-C发出，信号SIGQUIT由按下Ctrl-发出。该程序执行的结果如下：

localhost:~$ ./sig_test

process id is 463

Get a signal -SIGINT //按下Ctrl-C得到的结果

Get a signal -SIGQUIT //按下Ctrl-得到的结果

//按下Ctrl-z将进程置于后台

[1]+ Stopped ./sig_test

localhost:~$ bg

[1]+ ./sig_test &

localhost:~$ kill -HUP 463 //向进程发送SIGHUP信号

localhost:~$ Get a signal – SIGHUP

kill -9 463 //向进程发送SIGKILL信号，终止进程

localhost:~$

2、kill 系统调用

系统调用kill用来向进程发送一个信号。该调用声明的格式如下：

int kill(pid_t pid, int sig);

在使用该调用的进程中加入以下头文件：

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

该系统调用可以用来向任何进程或进程组发送任何信号。如果参数pid是正数，那么该调用将信号sig发送到进程号为pid的进程。如果pid等于0，那么信号sig将发送给当前进程所属进程组里的所有进程。如果参数pid等于-1，信号sig将发送给除了进程1和自身以外的所有进程。如果参数pid小于- 1，信号sig将发送给属于进程组-pid的所有进程。如果参数sig为0，将不发送信号。该调用执行成功时，返回值为0；错误时，返回-1，并设置相应的错误代码errno。下面是一些可能返回的错误代码：

EINVAL：指定的信号sig无效。

ESRCH：参数pid指定的进程或进程组不存在。注意，在进程表项中存在的进程，可能是一个还没有被wait收回，但已经终止执行的僵死进程。

EPERM：进程没有权力

将这个信号发送到指定接收信号的进程。因为，一个进程被允许将信号发送到进程pid时，必须拥有root权力，或者是发出调用的进程的UID 或EUID与指定接收的进程的UID或保存用户ID（savedset-user-ID）相同。如果参数pid小于-1，即该信号发送给一个组，则该错误表示组中有成员进程不能接收该信号。

3、pause系统调用

系统调用pause的作用是等待一个信号。该调用的声明格式如下：

int pause(void);

在使用该调用的进程中加入以下头文件：

#include <unistd.h>

该调用使得发出调用的进程进入睡眠，直到接收到一个信号为止。该调用总是返回-1，并设置错误代码为EINTR（接收到一个信号）。下面是一个简单的范例：

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <signal.h>

void sigroutine(int unused) {

printf("Catch a signal SIGINT ");

}

int main() {

signal(SIGINT, sigroutine);

pause();

printf("receive a signal ");

}

在这个例子中，程序开始执行，就象进入了死循环一样，这是因为进程正在等待信号，当我们按下Ctrl-C时，信号被捕捉，并且使得pause退出等待状态。

4、alarm和 setitimer系统调用

系统调用alarm的功能是设置一个定时器，当定时器计时到达时，将发出一个信号给进程。该调用的声明格式如下：

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

在使用该调用的进程中加入以下头文件：

#include <unistd.h>

系统调用alarm安排内核为调用进程在指定的seconds秒后发出一个SIGALRM的信号。如果指定的参数seconds为0，则不再发送 SIGALRM信号。后一次设定将取消前一次的设定。该调用返回值为上次定时调用到发送之间剩余的时间，或者因为没有前一次定时调用而返回0。

注意，在使用时，alarm只设定为发送一次信号，如果要多次发送，就要多次使用alarm调用。

对于alarm，这里不再举例。现在的系统中很多程序不再使用alarm调用，而是使用setitimer调用来设置定时器，用getitimer来得到定时器的状态，这两个调用的声明格式如下：

int getitimer(int which, struct itimerval *value);

int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue);

在使用这两个调用的进程中加入以下头文件：

#include <sys/time.h>

该系统调用给进程提供了三个定时器，它们各自有其独有的计时域，当其中任何一个到达，就发送一个相应的信号给进程，并使得计时器重新开始。三个计时器由参数which指定，如下所示：

TIMER_REAL：按实际时间计时，计

时到达将给进程发送SIGALRM信号。

ITIMER_VIRTUAL：仅当进程执行时才进行计时。计时到达将发送SIGVTALRM信号给进程。

ITIMER_PROF：当进程执行时和系统为该进程执行动作时都计时。与ITIMER_VIR-TUAL是一对，该定时器经常用来统计进程在用户态和内核态花费的时间。计时到达将发送SIGPROF信号给进程。

定时器中的参数value用来指明定时器的时间，其结构如下：

struct itimerval {

struct timeval it_interval; /* 下一次的取值 */

struct timeval it_value; /* 本次的设定值 */

};

该结构中timeval结构定义如下：

struct timeval {

long tv_sec; /* 秒 */

long tv_usec; /* 微秒，1秒 = 1000000 微秒*/

};

在setitimer 调用中，参数ovalue如果不为空，则其中保留的是上次调用设定的值。定时器将it_value递减到0时，产生一个信号，并将it_value的值设定为it_interval的值，然后重新开始计时，如此往复。当it_value设定为0时，计时器停止，或者当它计时到期，而it_interval 为0时停止。调用成功时，返回0；错误时，返回-1，并设置相应的错误代码errno：

EFAULT：参数value或ovalue是无效的指针。

EINVAL：参数which不是ITIMER_REAL、ITIMER_VIRT或ITIMER_PROF中的一个。

下面是关于setitimer调用的一个简单示范，在该例子中，每隔一秒发出一个SIGALRM，每隔0.5秒发出一个SIGVTALRM信号：

#include <signal.h>

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/time.h>

int sec;

void sigroutine(int signo) {

switch (signo) {

case SIGALRM:

printf("Catch a signal -- SIGALRM ");

break;

case SIGVTALRM:

printf("Catch a signal -- SIGVTALRM ");

break;

}

return;

}

int main() {

struct itimerval value,ovalue,value2;

sec = 5;

printf("process id is %d ",getpid());

signal(SIGALRM, sigroutine);

signal(SIGVTALRM, sigroutine);

value.it_value.tv_sec = 1;

value.it_value.tv_usec = 0;

value.it_interval.tv_sec = 1;

value.it_interval.tv_usec = 0;

setitimer(ITIMER_REAL, &value, &ovalue);

value2.it_value.tv_sec = 0;

value2.it_value.tv_usec = 500000;

value2.it_interval.tv_sec = 0;

value2.it_interval.tv_usec = 500000;

setitimer(ITIMER_VIRTUAL, &value2, &ovalue);

for (;;) ;

}

该例子的屏幕拷贝如下：

localhost:~$ ./timer_test

process id is 579

Catch a signal – SIGVTALRM

Catch a signal – SIGALRM

Catch a signal – SIGVTALRM

Catch a signal – SIGALRM

Catch

a signal –GVTALRM

$ kill -l 1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP 6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1 11) SIGSEGV 12) SIGUSR213) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM 17) SIGCHLD18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP 21) SIGTTIN22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO30) SIGPWR 31) SIGSYS 34) SIGRTMIN 35) SIGRTMIN+136) SIGRTMIN+2 37) SIGRTMIN+3 38) SIGRTMIN+4 39) SIGRTMIN+540) SIGRTMIN+6 41) SIGRTMIN+7 42) SIGRTMIN+8 43) SIGRTMIN+944) SIGRTMIN+10 45) SIGRTMIN+11 46) SIGRTMIN+12 47) SIGRTMIN+1348) SIGRTMIN+14 49) SIGRTMIN+15 50) SIGRTMAX-14 51) SIGRTMAX-1352) SIGRTMAX-12 53) SIGRTMAX-11 54) SIGRTMAX-10 55) SIGRTMAX-956) SIGRTMAX-8 57) SIGRTMAX-7 58) SIGRTMAX-6 59) SIGRTMAX-560) SIGRTMAX-4 61) SIGRTMAX-3 62) SIGRTMAX-2 63) SIGRTMAX-164) SIGRTMAX列表中，编号为1 ~ 31的信号为传统UNIX支持的信号，是不可靠信号(非实时的)，编号为32 ~ 63的信号是后来扩充的，称做可靠信号(实时信号)。不可靠信号和可靠信号的区别在于前者不支持排队，可能会造成信号丢失，而后者不会。

下面我们对编号小于SIGRTMIN的信号进行讨论。

1) SIGHUP

本信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一session内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联。

登录Linux时，系统会分配给登录用户一个终端(Session)。在这个终端运行的所有程序，包括前台进程组和后台进程组，一般都属于这个 Session。当用户退出Linux登录时，前台进程组和后台有对终端输出的进程将会收到SIGHUP信号。这个信号的默认操作为终止进程，因此前台进程组和后台有终端输出的进程就会中止。不过可以捕获这个信号，比如wget能捕获SIGHUP信号，并忽略它，这样就算退出了Linux登录，wget也能继续下载。

此外，对于与终端脱离关系的守护进程，这个信号用于通知它重新读取配置文件。

2) SIGINT

程序终止(interrupt)信号, 在用户键入INTR字符(通常是Ctrl-C)时发出，用于通知前台进程组终止进程。

3) SIGQUIT

和SIGINT类似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-\)来控制. 进程在因收到SIGQUIT退出时会产生core文件, 在这个意义上类似于一个程序错误信号。

4) SIGILL

执行了非法指令. 通常是因为可执行文件本身出现错误, 或者试图执行数据段. 堆栈溢出时也有可能产生这个信号。

5) SIGTRAP

由断点指令或其它trap指令产生. 由debugger使用。

6) SIGABRT

调用abort函数生成的信号。

7) SIGBUS

非法地址, 包括内存地址对齐(alignment)出错。比如访问一个四个字长的整数, 但其地址不是4的倍数。它与SIGSEGV的区别在于后者是由于对合

法存储地址的非法访问触发的(如访问不属于自己存储空间或只读存储空间)。

8) SIGFPE

在发生致命的算术运算错误时发出. 不仅包括浮点运算错误, 还包括溢出及除数为0等其它所有的算术的错误。

9) SIGKILL

用来立即结束程序的运行. 本信号不能被阻塞、处理和忽略。如果管理员发现某个进程终止不了，可尝试发送这个信号。

10) SIGUSR1

留给用户使用

11) SIGSEGV

试图访问未分配给自己的内存, 或试图往没有写权限的内存地址写数据.

12) SIGUSR2

留给用户使用

13) SIGPIPE

管道破裂。这个信号通常在进程间通信产生，比如采用FIFO(管道)通信的两个进程，读管道没打开或者意外终止就往管道写，写进程会收到SIGPIPE信号。此外用Socket通信的两个进程，写进程在写Socket的时候，读进程已经终止。

14) SIGALRM

时钟定时信号, 计算的是实际的时间或时钟时间. alarm函数使用该信号.

15) SIGTERM

程序结束(terminate)信号, 与SIGKILL不同的是该信号可以被阻塞和处理。通常用来要求程序自己正常退出，shell命令kill缺省产生这个信号。如果进程终止不了，我们才会尝试SIGKILL。

17) SIGCHLD

子进程结束时, 父进程会收到这个信号。

如果父进程没有处理这个信号，也没有等待(wait)子进程，子进程虽然终止，但是还会在内核进程表中占有表项，这时的子进程称为僵尸进程。这种情况我们应该避免(父进程或者忽略SIGCHILD信号，或者捕捉它，或者wait它派生的子进程，或者父进程先终止，这时子进程的终止自动由init进程来接管)。

18) SIGCONT

让一个停止(stopped)的进程继续执行. 本信号不能被阻塞. 可以用一个handler来让程序在由stopped状态变为继续执行时完成特定的工作. 例如, 重新显示提示符

19) SIGSTOP

停止(stopped)进程的执行. 注意它和terminate以及interrupt的区别:该进程还未结束, 只是暂停执行. 本信号不能被阻塞, 处理或忽略.

20) SIGTSTP

停止进程的运行, 但该信号可以被处理和忽略. 用户键入SUSP字符时(通常是Ctrl-Z)发出这个信号

21) SIGTTIN

当后台作业要从用户终端读数据时, 该作业中的所有进程会收到SIGTTIN信号. 缺省时这些进程会停止执行.

22) SIGTTOU

类似于SIGTTIN, 但在写终端(或修改终端模式)时收到.

23) SIGURG

有"紧急"数据或out-of-band数据到达socket时产生.

24) SIGXCPU

超过CPU时间资源限制. 这个限制可以由getrlimit/setrlimit来读取/改变。

25) SIGXFSZ

当进程企图扩大文件以至于超过文件大小资源限制。

26) SIGVTALRM

虚拟时钟信号. 类似于SIGALRM, 但是计算的是该进程占用的CPU时间.

27) SIGPROF

类似于SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括该进程用的CPU时间以及系统调用的时间.

28) SIGWIN

窗口大小改变时发出.

29) SIGIO

文件描述符准备就绪, 可以开始进行输入/输出操作.

30) SIGPWR

Power failure

31) SIGSYS

非法的系统调用。

在以上列出的信号中，程序不可捕获、阻塞或忽略的信号有：SIGKILL,SIGSTOP

不能恢复至默认动作的信号有：SIGILL,SIGTRAP

默认会导致进程流产的信号有：SIGABRT,SIGBUS,SIGFPE,SIGILL,SIGIOT,SIGQUIT,SIGSEGV,SIGTRAP,SIGXCPU,SIGXFSZ

默认会导致进程退出的信号有：SIGALRM,SIGHUP,SIGINT,SIGKILL,SIGPIPE,SIGPOLL,SIGPROF,SIGSYS,SIGTERM,SIGUSR1,SIGUSR2,SIGVTALRM

默认会导致进程停止的信号有：SIGSTOP,SIGTSTP,SIGTTIN,SIGTTOU

默认进程忽略的信号有：SIGCHLD,SIGPWR,SIGURG,SIGWINCH

此外，SIGIO在SVR4是退出，在4.3BSD中是忽略；SIGCONT在进程挂起时是继续，否则是忽略，不能被阻塞。

linux信号处理相关函数

alarm（设置信号传送闹钟）

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