在Linux中，信號是進(jìn)程間通訊的一種方式,，它采用的是異步機(jī)制。當(dāng)信號發(fā)送到某個(gè)進(jìn)程中時(shí),，操作系統(tǒng)會(huì)中斷該進(jìn)程的正常流程,，并進(jìn)入相應(yīng)的信號處理函數(shù)執(zhí)行操作，完成后再回到中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行,。

需要說明的是,，信號只是用于通知進(jìn)程發(fā)生了某個(gè)事件，除了信號本身的信息之外,，并不具備傳遞用戶數(shù)據(jù)的功能,。

1 信號的響應(yīng)動(dòng)作

每個(gè)信號都有自己的響應(yīng)動(dòng)作，當(dāng)接收到信號時(shí),，進(jìn)程會(huì)根據(jù)信號的響應(yīng)動(dòng)作執(zhí)行相應(yīng)的操作,，信號的響應(yīng)動(dòng)作有以下幾種：

• 中止進(jìn)程(Term)
• 忽略信號(Ign)
• 中止進(jìn)程并保存內(nèi)存信息(Core)
• 停止進(jìn)程(Stop)
• 繼續(xù)運(yùn)行進(jìn)程(Cont)

用戶可以通過signal或sigaction函數(shù)修改信號的響應(yīng)動(dòng)作（也就是常說的“注冊信號”，在文章的后面會(huì)舉例說明）,。另外,，在多線程中,，各線程的信號響應(yīng)動(dòng)作都是相同的，不能對某個(gè)線程設(shè)置獨(dú)立的響應(yīng)動(dòng)作,。

2 信號類型

Linux支持的信號類型可以參考下面給出的列表,。

2.1 在POSIX.1-1990標(biāo)準(zhǔn)中的信號列表

注：其中SIGKILL和SIGSTOP信號不能被捕獲、阻塞或忽略,。

2.2 在SUSv2和POSIX.1-2001標(biāo)準(zhǔn)中的信號列表

注：在Linux 2.2版本之前，SIGSYS,、SIGXCPU,、SIGXFSZ以及SIGBUS的默認(rèn)響應(yīng)動(dòng)作為Term，Linux 2.4版本之后這三個(gè)信號的默認(rèn)響應(yīng)動(dòng)作改為Core,。

2.3 其它信號

注意：列表中有的信號有三個(gè)值,，這是因?yàn)椴糠中盘柕闹岛虲PU架構(gòu)有關(guān)，這些信號的值在不同架構(gòu)的CPU中是不同的,，三個(gè)值的排列順序?yàn)椋?,，Alpha/Sparc；2,，x86/ARM/Others,；3，MIPS,。

例如SIGSTOP這個(gè)信號,，它有三種可能的值，分別是17,、19,、23，其中第一個(gè)值（17）是用在Alpha和Sparc架構(gòu)中,，第二個(gè)值（19）用在x86,、ARM等其它架構(gòu)中，第三個(gè)值（23）則是用在MIPS架構(gòu)中的,。

3 信號機(jī)制

文章的前面提到過,，信號是異步的,，這就涉及信號何時(shí)接收、何時(shí)處理的問題,。

我們知道,，函數(shù)運(yùn)行在用戶態(tài)，當(dāng)遇到系統(tǒng)調(diào)用,、中斷或是異常的情況時(shí),，程序會(huì)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)。信號涉及到了這兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換,，過程可以先看一下下面的示意圖：

接下來圍繞示意圖,，將信號分成接收、檢測和處理三個(gè)部分,，逐一講解每一步的處理流程,。

3.1 信號的接收

接收信號的任務(wù)是由內(nèi)核代理的，當(dāng)內(nèi)核接收到信號后,，會(huì)將其放到對應(yīng)進(jìn)程的信號隊(duì)列中,，同時(shí)向進(jìn)程發(fā)送一個(gè)中斷，使其陷入內(nèi)核態(tài),。

注意,，此時(shí)信號還只是在隊(duì)列中，對進(jìn)程來說暫時(shí)是不知道有信號到來的,。

3.2 信號的檢測

進(jìn)程陷入內(nèi)核態(tài)后,，有兩種場景會(huì)對信號進(jìn)行檢測：

• 進(jìn)程從內(nèi)核態(tài)返回到用戶態(tài)前進(jìn)行信號檢測
• 進(jìn)程在內(nèi)核態(tài)中，從睡眠狀態(tài)被喚醒的時(shí)候進(jìn)行信號檢測

當(dāng)發(fā)現(xiàn)有新信號時(shí),，便會(huì)進(jìn)入下一步,，信號的處理。

3.3 信號的處理

信號處理函數(shù)是運(yùn)行在用戶態(tài)的,，調(diào)用處理函數(shù)前,，內(nèi)核會(huì)將當(dāng)前內(nèi)核棧的內(nèi)容備份拷貝到用戶棧上，并且修改指令寄存器（eip）將其指向信號處理函數(shù),。

接下來進(jìn)程返回到用戶態(tài)中，執(zhí)行相應(yīng)的信號處理函數(shù),。

信號處理函數(shù)執(zhí)行完成后,，還需要返回內(nèi)核態(tài)，檢查是否還有其它信號未處理,。如果所有信號都處理完成,，就會(huì)將內(nèi)核棧恢復(fù)（從用戶棧的備份拷貝回來）,，同時(shí)恢復(fù)指令寄存器（eip）將其指向中斷前的運(yùn)行位置,，最后回到用戶態(tài)繼續(xù)執(zhí)行進(jìn)程,。

至此，一個(gè)完整的信號處理流程便結(jié)束了,，如果同時(shí)有多個(gè)信號到達(dá),，上面的處理流程會(huì)在第2步和第3步驟間重復(fù)進(jìn)行。

4 信號的使用

4.1 發(fā)送信號

用于發(fā)送信號的函數(shù)有raise,、kill,、killpg、pthread_kill,、tgkill,、sigqueue，這幾個(gè)函數(shù)的含義和用法都大同小異,，這里主要介紹一下常用的raise和kill函數(shù),。

raise函數(shù)：向進(jìn)程本身發(fā)送信號

函數(shù)聲明如下：

#include <signal.h>

int raise(int sig);

函數(shù)功能是向當(dāng)前程序(自身)發(fā)送信號，其中參數(shù)sig為信號值,。

kill函數(shù)：向指定進(jìn)程發(fā)送信號

函數(shù)聲明如下：

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

int kill(pid_t pid, int sig);

函數(shù)功能是向特定的進(jìn)程發(fā)送信號,，其中參數(shù)pid為進(jìn)程號，sig為信號值,。

在這里的參數(shù)pid,，根據(jù)取值范圍不同，含義也不同,，具體說明如下：

• pid > 0 ：向進(jìn)程號為pid的進(jìn)程發(fā)送信號
• pid = 0 ：向當(dāng)前進(jìn)程所在的進(jìn)程組發(fā)送信號
• pid = -1 ：向所有進(jìn)程(除PID=1外)發(fā)送信號(權(quán)限范圍內(nèi))
• pid < -1 ：向進(jìn)程組號為-pid的所有進(jìn)程發(fā)送信號

另外,，當(dāng)sig值為零時(shí)，實(shí)際不發(fā)送任何信號,，但函數(shù)返回值依然有效,，可以用于檢查進(jìn)程是否存在。

4.2 等待信號被捕獲

等待信號的過程,，其實(shí)就是將當(dāng)前進(jìn)程(線程)暫停,，直到有信號發(fā)到當(dāng)前進(jìn)程(線程)上并被捕獲，函數(shù)有pause和sigsuspend,。

pause函數(shù)：將進(jìn)程(或線程)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài),，直到接收到信號

函數(shù)聲明如下：

#include <unistd.h>

int pause(void);

該函數(shù)調(diào)用后，調(diào)用者(進(jìn)程或線程)會(huì)進(jìn)入睡眠(Sleep)狀態(tài),，直到捕獲到(任意)信號為止,。該函數(shù)的返回值始終為-1，并且調(diào)用結(jié)束后,，錯(cuò)誤代碼(errno)會(huì)被置為EINTR,。

sigsuspend函數(shù)：將進(jìn)程(或線程)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，直到接收到特定信號

函數(shù)聲明如下：

#include <signal.h>

int sigsuspend(const sigset_t *mask);

該函數(shù)調(diào)用后,，會(huì)將進(jìn)程的信號掩碼臨時(shí)修改(參數(shù)mask),，然后暫停進(jìn)程,，直到收到符合條件的信號為止，函數(shù)返回前會(huì)將調(diào)用前的信號掩碼恢復(fù),。該函數(shù)的返回值始終為-1,，并且調(diào)用結(jié)束后，錯(cuò)誤代碼(errno)會(huì)被置為EINTR,。

4.3 修改信號的響應(yīng)動(dòng)作

用戶可以自己重新定義某個(gè)信號的處理方式,，即前面提到的修改信號的默認(rèn)響應(yīng)動(dòng)作，也可以理解為對信號的注冊,，可以通過signal或sigaction函數(shù)進(jìn)行,，這里以signal函數(shù)舉例說明。

首先看一下函數(shù)聲明：

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

第一個(gè)參數(shù)signum是信號值,，可以從前面的信號列表中查到,，第二個(gè)參數(shù)handler為處理函數(shù)，通過回調(diào)方式在信號觸發(fā)時(shí)調(diào)用,。

下面為示例代碼：

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

/* 信號處理函數(shù) */
void sig_callback(int signum) {
    switch (signum) {
        case SIGINT:
            /* SIGINT: Ctrl+C 按下時(shí)觸發(fā) */
            printf("Get signal SIGINT. \r\n");
            break;
        /* 多個(gè)信號可以放到同一個(gè)函數(shù)中進(jìn)行 通過信號值來區(qū)分 */
        default:
            /* 其它信號 */
            printf("Unknown signal %d. \r\n", signum);
            break;
    }

    return;
}

/* 主函數(shù) */
int main(int argc, char *argv[]) {
    printf("Register SIGINT(%u) Signal Action. \r\n", SIGINT);

    /* 注冊SIGINT信號的處理函數(shù) */
    signal(SIGINT, sig_callback);

    printf("Waitting for Signal ... \r\n");

    /* 等待信號觸發(fā) */
    pause();

    printf("Process Continue. \r\n");

    return 0;
}

源文件下載：鏈接

例子中,，將SIGINT信號（Ctrl+C觸發(fā)）的動(dòng)作接管(打印提示信息)，程序運(yùn)行后,，按下Ctrl+C,，命令行輸出如下：

./linux_signal_example
Register SIGINT(2) Signal Action. 
Waitting for Signal ... 
^CGet signal SIGINT. 
Process Continue.

進(jìn)程收到SIGINT信號后，觸發(fā)響應(yīng)動(dòng)作,，將提示信息打印出來,，然后從暫停的地方繼續(xù)運(yùn)行。這里需要注意的是,，因?yàn)槲覀冃薷牧?code>SIGINT信號的響應(yīng)動(dòng)作（只打印信息,，不做進(jìn)程退出處理），所以我們按下Ctrl+C后,，程序并沒有直接退出,，而是繼續(xù)運(yùn)行并將"Process Continue."打印出來，直至程序正常結(jié)束,。