本文是一篇科普文章，介紹什么是 Linux 信號，以及它的基本用法，原文鏈接見底部參考，

Common sources of Linux signals

Linux中有許多處于不同狀態的行程，這些行程屬于用戶應用程式或作業系統，我們需要一種機制讓內核和這些行程協調它們的活動，其中一種方式是在一個行程有重大改變時通知其他行程，因此我們有了信號的概念，

信號基本上是一種單向通知，信號可以由內核發送給一個行程，或由一個行程發送給另一個行程，或者一個行程發送給它自己，

Linux信號的概念來源于Unix，在后來的Linux版本中，加入了實時（real-time）信號，信號是一種簡單和輕量級的行程間通信形式，因此適用于嵌入式系統，

有關信號的討論

什么是信號？

總共有 31 個標準信號，編號為 1-31，每個信號命名為“SIG”開頭，后跟一個后綴（如INT、HUP、KILL等），從 2.2 版開始，Linux 內核支持 33 種不同的實時信號，編號為 32-64，但應用程式應改為使用 SIGRTMIN + n 表示法，標準信號有特定用途，但 SIGUSR1 和 SIGUSR2 的使用可以由程式自定義，實時信號也可由程式定義，

0號信號，即 POSIX.1 標準中所說的null信號，一般不使用，但在 kill 函式中有個特殊的用途，使用時沒有信號被發送，但可以用來（相當不可靠）檢查行程是否仍然存在，

Linux中的信號實作完全符合 POSIX 標準，最新的實作應該傾向于使用 sigaction 而不是傳統的信號介面，

正如硬體子系統可以中斷處理器一樣，信號可以中斷行程的執行，因此，它們被看作是軟體中斷，一般來說，中斷處理程式(interrupt handlers)處理硬體中斷，而信號處理程式(signal handlers)則處理信號導致的中斷，

通常信號被映射到特定的按鍵輸入，比如，SIGINT代表ctrl+c，SIGSTOP代表ctrl+z，SIGQUIT代表ctrl+\，

信號如何影響行程的狀態？

一些信號會終止正在接受信號的行程：SIGHUP、SIGINT、SIGTERM、SIGKILL，有一些信號不僅可以終止行程還會輸出一些內核資訊，以幫助程式員除錯出錯的地方，如SIGABRT（abort）、SIGBUS（bus error）、SIGILL（illegal instruction）、SIGSEGV（invalid memory reference無效記憶體參考）、SIGSYS（bad system call錯誤的系統呼叫）），用于停止行程的信號有：SIGSTOP、SIGTSTP， SIGCONT 是恢復已停止的行程，

一個程式可以覆寫信號的默認行為，例如，一個互動式程式可以忽略SIGINT（由ctrl+c輸入產生），不過有兩個例外需要注意，SIGKILL和SIGSTOP，它們不能被忽略、阻止或用這種方式覆寫，

讓我們看一個父行程和其子行程的例子，假設子行程向自己發送了SIGSTOP，子行程將被停止，這反過來又會觸發SIGCHLD到父行程，然后，父行程可以使用SIGCONT向子行程發出繼續運行的信號，當子行程從停止狀態重新運行時，另一個SIGCHLD被發送到父行程，如果后來，子行程退出了，最后的SIGCHLD會被發送到父行程，

信號類似于例外(exception)嗎？

一些編程語言能夠使用諸如try-throw-catch這樣的結構進行例外處理，
但信號與例外并不類似，相反，失敗的系統或庫呼叫會回傳非零的退出代碼，當一個行程被終止時，它的退出代碼是128加信號編號，例如，一個被SIGKILL殺死的行程將回傳137（128+9），

信號是同步還是異步的？

信號既可以是同步，也可以是異步，

同步信號的出現是由于指令導致了一個無法恢復的錯誤，如非法地址訪問，這些信號被發送到導致它的執行緒，這些信號也被稱為陷阱(trap)，因為它們也會導致陷阱進入內核的陷阱處理程式(trap handler)，

異步信號是對當前執行環境的外部信號，從另一個行程中發送 SIGKILL 就是這樣一個例子，這些也被稱為軟體中斷，

信號的生命周期是什么？

一個信號經歷三個階段：

Generation：信號可以由內核或任何行程生成，生成后會將其發送給特定的行程，信號由其編號表示，沒有額外的資料或引數，因此，信號是輕量級的，但是，POSIX 實時信號傳遞額外的資料，可以生成信號的系統呼叫和函式包括 raise、kill、killpg、pthread_kill、tgkill 和 sigqueue，
Delivery：信號在傳遞之前一直處于待處理狀態，通常，內核會盡快將信號傳遞給行程，但是，如果對應的行程阻塞了信號，它將保持未處理狀態直到解除阻塞，
Processing：一旦信號被傳遞到，就會以多種方式中其中一種進行處理，每個信號都有一個默認的行為：忽略信號；或終止行程，有時使用核心轉儲(core dump)；或停止/繼續該程序，對于非默認行為，對應的處理函式會被呼叫，通過 sigaction 函式指定究竟采用哪一種處理方式，

什么是信號阻塞和解除阻塞？

信號打斷了程式執行的正常流程，當行程正在執行一些關鍵代碼或更新與信號處理程式共享的資料時，這是不希望看到的，阻斷的引入解決了這個問題，不過代價是，信號處理被延遲了，

每個行程都可以指定它是否要阻塞一個特定的信號，如果被阻斷，而信號確實發生了，作業系統將把該信號作為待處理信號，一旦行程解除阻斷，該信號將被傳遞，當前被屏蔽的信號集合被稱為信號屏蔽(signal mask)，

無限期地阻斷一個信號是沒有意義的，為了這個目的，行程可以在接受到信號后選擇忽略它，被一個行程屏蔽的信號不會影響其他行程，他們可以正常接收信號，

信號屏蔽(Signal mask)可以用 sigprocmask（單執行緒）或 pthread_sigmask（多執行緒）來設定，當一個行程有多個執行緒時，信號可以針對每個執行緒分別設定是否屏蔽，信號將被傳遞給任何一個沒有阻斷它的執行緒，從本質上講，信號處理程式是針對某個行程的，信號掩碼是針對某個執行緒的，

一個行程可以有多個待處理的信號嗎？

是的，許多標準信號可以在行程中被掛起，然而，一個給定的信號型別只能有一個實體被掛起，這是因為信號的掛起和阻塞是作為位掩碼(bitmask)實作的，每個信號型別只有一個位，例如，我們可以讓 SIGALRM 和 SIGTERM 同時掛起，但我們不能有兩個 SIGALRM 信號掛起，行程將只收到一個SIGALRM信號，即使是多次拋出，

通過實時信號，信號可以和資料一起排隊，這樣每個信號的實體都可以單獨傳遞和處理，

POSIX沒有規定標準信號的傳遞順序，也沒有規定如果標準信號和實時信號都在等待中會如何處理，然而在Linux中，會優先處理標準信號，對于實時信號，編號較低的信號首先被傳遞，如果一個信號型別有很多在排隊，最早的一個會被首先傳遞，

大事記

1990 信號在 POSIX.1-1990 標準中得到了描述，可以追溯至 IEEE標準1003.1-1988，
1993 實時擴展作為 POSIX.1b 發布，其中包含實時信號，
1999 隨著內核版本 2.2 的發布，Linux 開始支持實時信號，
2001 POSIX.1-2001 標準中增加了更多信號：SIGBUS、SIGPOLL、SIGPROF、SIGSYS、SIGTRAP、SIGURG、SIGVTALRM、SIGXCPU、SIGXFSZ，

示例代碼

// Example shows a custom handler for SIGINT
// but the handler reverts to default action for future signals.
// Thus, first ctrl+c will allow program to continue
// and second ctrl+c will terminate the program.

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

void sig_handler1(int num)
{
	printf("You are here becoz of signal: %d\n", num);
	signal(SIGINT, SIG_DFL);
}

int main()
{
	signal(SIGINT, sig_handler1);
	while(1)
	{
		printf("Hello\n");
		sleep(2);
	}
}

參考

原文鏈接：linux-signals

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標籤：Linux

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