Linux进程信号

• 目录

  概念

  信号种类

  信号生命周期

  信号的处理

  信号的清除

  ---

  概念

  • 进程信号是一种异步通信机制，用于进程间传递事件通知。它可以强制进程中断当前操作，转而执行预设的信号处理动作，是系统管理和进程控制的重要手段

  • 本质：信号是一个整数编号代表不同类型事件

• 信号种类

  • 可靠信号
    • 保证传递（支持队列）
    • 可携带参数（通过siginfo_t结构体）
    • 需要显示设置sa_flags=SA_SIGINFO
  • 不可靠信号
    • 可能丢失（如短时间内多次发送同一信号）
    • 不支持参数传递
    • 处理时会自动阻塞自身（复制递归触发）
  • 使用kill -l命令可以进行查看

• 信号生命周期

  • 信号的产生
    • 硬件异常触发：除0错误，非法内存访问
    • 终端输入触发
    • 系统调用
    • 软件条件
    • 内核机制触发
    • 外部命令触发
  • 信号的传递：信号从产生到被进程感知需经过内核态传递过程
    • 内核信号队列维护
      • 非实时信号
        • 不支持排队，同一信号多次发生时仅保存最后一次
        • 存储于进程描述法task_struct的pending位图中
      • 实时信号
        • 支持FIFO排队，按照发送顺序处理
        • 存储于rt_sig_pending链表，每个信号包含参数信息
    • 信号阻塞检查
      • 进程通过sigprocmask()设置阻塞掩码（blocked位图）
      • 被阻塞的信号暂存于pending队列，不立即处理
      • 例外情况
        • SIGKILL(9)和SIGSTOP(19)无法阻塞
        • 实时信号阻塞时会记录排队次数
    • 进程调度上下文切换
      • 信号检测时机：
        • 进程从内核返回用户态时
        • 进程被唤醒准备投入运行时
        • 调用sigwait（）等主动等待信号的系统调用
      • 内核检测函数：do_signal()负责pending信号

  • 信号的处理

    • 概念：进程在接收到信号后，根据预设策略执行对应操作
    • 处理策略判断
      • 默认处理（SIG_DFL）：由内核定义的行为
      • 忽略处理（SIG_IGN）：进程不响应信号
      • 自定义处理（ typedef void(*sighanler)(int signo) ）：通过信号处理函数响应
    • 处理函数调用机制
      • 非实时信号处理
        • 调用处理函数前自动阻塞当前信号（防止递归）
        • 处理完成后信号恢复掩码
      • 实时信号处理
        • 支持sa_sigaction带参数处理函数
        • 通过siginfo_t结构体传递发生者PID、信号值等信息
    • 处理函数的安全限制
      • 异步信号安全函数
        • 仅调用_POSIX_SIGsafe_FUNCS列表中的函数（如write（），_exit（））
        • 避免调用可能导致死锁的函数（如malloc（）、printf（））

  • 信号的清除

    • 概念：信号处理完成后，内核会执行清除操作，不同类型信号清除机制不同
    • 非实时信号的清除
      • 清除时机：处理函数返回后自动清除pending队列中的该信号
      • 若信号被阻塞，则处理后仍保留在pending队列，直到解除阻塞
    • 实时信号的清除
      • 队列式清除
        • 每次处理一个实时信号后，从队列中移除该实例
        • 若有多个相同实时信号排队，按顺序逐个处理
    • 特殊信号的清除规则
      • SIGKILL/SIGSTOP
        • 处理后立即清除，不进入pending队列
        • 无法通过编程方式修改其处理行为
  • 信号生命周期中的关键数据结构

    struct task_struct {
        sigset_t blocked;       // 阻塞信号掩码
        sigset_t pending;       // 待处理信号
        struct sigaction *sig;  // 信号处理函数数组（大小为64）
        struct sigpending pending_rt; // 实时信号队列
    };

    struct sigaction {
        union {
            void (*sa_handler)(int);         // 处理函数（简易版）
            void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 带参数处理函数
        };
        sigset_t sa_mask;        // 处理时阻塞的信号
        int sa_flags;            // 标志位（如SA_RESTART）
    };

    struct siginfo {
        int si_signo;       // 信号编号
        int si_code;        // 信号来源代码
        pid_t si_pid;       // 发送进程PID
        uid_t si_uid;       // 发送进程UID
        union { ... };      // 信号值（int或指针）
    };