Linux信号概念、认识、处理动作 ( 2 ) -【Linux通信架构系列】

超、凢脫俗 2024-03-16 20:09 102阅读 0赞

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***`现在的一切都是为将来的梦想编织翅膀，让梦想在现实中展翅高飞。`***  
***`Now everything is for the future of dream weaving wings, let the dream fly in reality.`***

#### Linux信号概念、认识、处理动作 ####

*  系列文章目录
 *  一、信号的基本概念
 *   *  1、信号一般是怎么产生的？
     *   *  1.1、某个进程发送给另一个进程或者发送给自己
         *  1.2、由内核发送给某个进程
     *  2、信号在系统中的定义
 *  二、通过kill命令认识一些信号
 *  三、进程的状态
 *  四、常用的Signal信号列表
 *  五、信号处理的相关动作
 *  六、小结

## 一、信号的基本概念 ##

信号，在很多大型应用程序中都经常出现。信号就是一个通知（事件通知），用来通知某一个进程发生的发生了某一件事。当然，这些事情或者说这些信号一般都是突然事件，或者说都是突然到来的，进程本身并不知道这些信号在什么时候发生。换句话说，信号是异步发生的，又称**软件中断**。

在Nginx中，可以把信号想象成是一个mastrt进程和work进程之间的一个很有效的通信手段，所以把信号看成一种非常简单的短消息。

### 1、信号一般是怎么产生的？ ###

#### 1.1、某个进程发送给另一个进程或者发送给自己 ####

注意：进程能把信号发送给自己。某个进程把自己执行起来后，再执行一个自己并向原来的自己发送信号是可以的。

**`如Nginx在运行过程中（1个master进程，多个worker进程），要做热升级。热升级是要启动新的master进程的，那么这个新启动的master进程启动时，通过增加一些命令行参数的手段就可以向旧的master进程发送一些信号，从而控制旧的master进程做一些动作。`**

#### 1.2、由内核发送给某个进程 ####

（1）通过在键盘上输入一些命令动作，如按Ctrl + C组合键（中断信号）、使用kill命令等。  
（2）内存访问异常。除数为0等，硬件会检测到并通知内核等。

### 2、信号在系统中的定义 ###

信号是有名字的，这些名字都是以SIG开头，不同的系统支持的**信号数量各不相同**，少则支持十几个，多则支持50~60个。

信号虽然有名字，其实也都是一些数字。准确的说，信号是一些正整数，定义在系统的头文件里，一般在编程的时候包含signal.h（usr/include/）头文件即可。

输入命令可以查询：  
**`sudo find / -name "signal.h" | xargs grep - in "SIGHUP"`**

**这个命令的含义是从根目录开始，寻找一个名字叫做signal.h的文件， -name就是根据名字来查找。在某些文件中查找某行是否包含某个字符串时，可以用上面的命令。（在一批文件里搜索一个字符串）。**

**`grep是文本搜索工具，-i参数表示查找忽略大小写，-n参数表示显示查找到的行号，要查找文本字符串是”SIGHUP“。`**

**`xargs参数表示向其他命令传递参数，用了xargs之后，find命令找到的文件内容就能传递到grep中，所以grep实际是在找到的文件内容中进行搜索。`**

![在这里插入图片描述][dba62819a89c4ee3ba596a8b1b322529.png_pic_center]

图1.2.1 从根目录开始，在所有的signal.h文件中寻找含有SIGHUP字符串的行

随便找一个signal.h文件，利用vim编辑器查看内容：  
![在这里插入图片描述][7041662cdce14855944090634d226f88.png_pic_center]

图1.2.2 该signal.h文件中大概有32个信号

在vim编辑器查看signal.h的结果，`看起来大概有32个信号` ，这些**SIG开头**的信号其实就是一些**宏定义**。

## 二、通过kill命令认识一些信号 ##

相信很多人对kill的用法最熟悉的莫过于输入”kill 进程ID“来杀死一个进程。其实kill命令所做的工作也是想进程发送一个信号，如果没有特别的要求，操作系统就会根据该信号，对该进程执行默认的动作，也就是终止该进程。

**以 `kill -数字 进程ID` 方式发送多种信号，不带`-数字` ，那个数字`默认是15` ，既`-15` 。**

表2.1 部分kil命令的数字对应的信号以及收到信号时对应的默认处理动作

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>kill的参数</th> 
   <th align="left">该参数发出的信号</th> 
   <th align="left">操作系统默认的动作</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>-1</td> 
   <td align="left">SIGHUP（链接断开）</td> 
   <td align="left">终止掉进程（进程没了）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-2</td> 
   <td align="left">SIGINT（终端中断符，比如Ctrl + C）</td> 
   <td align="left">终止掉进程（进程没了）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-3</td> 
   <td align="left">SIGQUIT（终端退出符，比如Ctrl + \）</td> 
   <td align="left">终止掉进程（进程没了）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-9</td> 
   <td align="left">SIGKILL（终止）</td> 
   <td align="left">终止掉进程（进程没了）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-18</td> 
   <td align="left">SIGCONT（使暂停的进程继续）</td> 
   <td align="left">忽略（进程依旧还在运行不受影响）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-19</td> 
   <td align="left">SIGSTOP（停止），可用SIGCONT继续，但任务被放到了后台</td> 
   <td align="left">停止进程（不是终止，进程还在）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-20</td> 
   <td align="left">SIGTSTP （终端停止符，同Ctrl + Z），但任务被放到了后台，可用SIGCONT继续</td> 
   <td align="left">停止进程（不是终止，进程还在）</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

值得一提的是-19对应的SIGSTOP信号，该信号用于停止进程，但进程还在，和以往的信号（比如SIGKILL）不一样（SKILL是终止进程，进程不在了）。

接下来，我们测试一下，写一个无限循环、不停输出信息的代码：

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    int main(int argc, char *const *argv)
    {
        
            printf("hello nginx\n");
            for(;;)
            {
        
                    sleep(1);
                    printf("进程休息1s\n");
            }
            printf("程序退出！再见！\n");
            return 0；
    }

编译、链接并运行，然后我们`kill 5382`杀死进程,如图：

![在这里插入图片描述][d1004f75126b43d29b1b6e5bc21eea3f.png_pic_center]

图2.2 附着到nginx进程上的strace工具输出killed by SIGTERM

![在这里插入图片描述][0a978faca4584a1aa06a5840ab0c32f1.png_pic_center]

图2.2 被kill掉的进程，在终端窗口中显示Terminated（终止）字样

如果输入kill 进程ID就是向该进程发送SIGTERM终止信号，同时进程被终止了，显示显示killed by SIGTERM，说明被SIGTERM信号杀死了。

后续几个信号就不列举了，可以自己去尝试一下。

## 三、进程的状态 ##

如何查看进程状态呢？

查看进程状态，使用ps命令，在显示的列中增加一个stat 列即可。  
**ps -eo pid,ppid,sid,tty,pgrp,comm,`stat` | grep -E ‘bash|PID|nginx’**

还有一种方法，ps命令配合aux也可以显示进程状态（aux代表一种BSD风格的显示格式）  
**ps `-aux` | grep -E ‘bash|PID|nginx’**

如图：

![在这里插入图片描述][484e04e319664ad680ccc0716b24d00f.png_pic_center]

图3.1 两种方式显示进程状态

STAT列显示进程状态字母是什么意思呢？可以看下表：

表3.2 进程的状态字母对应的状态含义

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>状态</th> 
   <th align="left">含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>D</td> 
   <td align="left">不可中断的休眠状态（通常是I/O的进程），可以处理信号，有延迟</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>R</td> 
   <td align="left">可执行状态 &amp; 运行状态（在运行队列里的状态）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S</td> 
   <td align="left">可中断的休眠状态之中（等待某事件完成），可以处理信号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>T</td> 
   <td align="left">停止或被追踪（被作业控制信号所停止）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Z</td> 
   <td align="left">僵尸进程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>X</td> 
   <td align="left">死掉的进程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&lt;</td> 
   <td align="left">高优先级的进程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>N</td> 
   <td align="left">低优先级的进程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>L</td> 
   <td align="left">有些页被锁紧内存</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>s</td> 
   <td align="left">session leader（会话首进程），其下有子进程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>t</td> 
   <td align="left">追踪期间被调试器停止</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>+</td> 
   <td align="left">位于前台的进程组</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**可以看到nginx进程的状态是S+状态。S意为sleepling（睡眠），+意为在前台运行。**

如果现在用kill -19命令发送SIGSTOP信号来停止nginx进程（不是终止）则进程还在。

看下图的实例演示：  
![在这里插入图片描述][b18740795d6b4f32a077c23768e8fcb2.png]

图3.3 通过kill信号处理来查看进程状态

## 四、常用的Signal信号列表 ##

常用的Signal信号如表所示：

表4.1 常用信号名称及信号含义列表

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">信号名称</th> 
   <th align="left">信号含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGHUP（1）</strong>（链接断开）</td> 
   <td align="left">终端断开信号。如果终端接口检测到一个链接断开，发送信号到该终端所在的会话首进程，默认动作会导致所有相关的进程退出（Xshell断开就会发送此信号）。kill -1 进程号 也能发送此信号给进程。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGALM</strong>（定时器超时）</td> 
   <td align="left">一般调用系统函数alarm创建定时器后，定时器超时就会产生这个信号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGINT（2）</strong>（中断）</td> 
   <td align="left">输入Ctrl + C(如进程正在循环中做一件事)，按<code>Ctrl + C</code> 组合键（中断键）就能打断进程正在做的事，按Ctrl + C组合键（中断键）就能打开进程正在做的事，终止进程。但shell会将后台进程对该信号的处理设置忽略（也就是说该进程若在后台运行则不会收到该信号）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGSEGV</strong>（无效内存）</td> 
   <td align="left">内存访问异常，除数为0等，硬件会检测到并通知内核。其实这个SEGV代表断违例（segmentation violation），有时候运行一个自己写的C程序，如果程序内存访有问题，执行时也会出现这个信号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGIO</strong>（异步I/O）</td> 
   <td align="left">通知异步I/O信号，如果通信接口套接字接口上有数据到达，或发生一些异步错误，内核就会向进程通知该信号。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGCHLD</strong>（子进程改变）</td> 
   <td align="left">一个进程终止或停止时，这个信号会被发送给父进程（想象一下官方的Nginx: worker进程终止时，master进程应该会收到内核发出的针对该信号的通知。）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGUSR1</strong>、<strong>SIGUSR2</strong>（都是用户定义的信号）</td> 
   <td align="left">用户定义的信号，可用于应用程序。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGTERM（15）</strong>（终止）</td> 
   <td align="left">一般 通过在命令行输入”kill 进程ID“ 命令杀死一个进程时就会触发这个信号，程序收到这个信号后，可以编写代码做退出前的处理工作，实现”优雅退出“</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGKILL（-9）</strong>（终止）</td> 
   <td align="left">该信号不能被忽略，不能被进程本身捕捉，是杀死任意进程的可靠方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGSTOP（19）</strong>（停止）</td> 
   <td align="left">该信号不能被忽略，不能被进程本身捕捉，使进程停止执行。可以发送SIGCONT信号让该进程继续执行，但继续执行后该进程会被放入后台</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGQUIT（3）</strong>（终端退出符）</td> 
   <td align="left">按<code>Ctrl + \</code> 组合键会触发该信号。但shell会将后台进程对该信号的处理设置为忽略（也就是说在后台运行则不会收到该信号）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGCONT（18）</strong>（使暂停的进程继续）</td> 
   <td align="left">使<code> 暂停的进程继续运行</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>SIGTSTP（20）</strong>（终端停止符）</td> 
   <td align="left">按<code>Ctrl + Z</code> 组合键触发该信号。<code> 进程被停止，并被放入后台，可以用SIGCONT继续运行</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 五、信号处理的相关动作 ##

***`回顾刚才讲的kill命令时，用不同数字向nginx进程发送信号，结果是不同的，如果用-1、-2、-3、-9等发送信号时，结果是不同的，发现nginx进程被杀掉了（用ps看不到了）；但如果用-18发信号时（让进程继续运行的信号）时，发现nginx进程没什么反应；用-19、-20发信号时，发现nginx进程停止了，但没有终止（用ps还能看到nginx进程的存在），可以用-18发送信号让停止的nginx进程继续运行。`***

当某个信号出现时，可以按以下**三种方式之一进行处理。这些方法称为信号的处理或与信号相关的动作**。  
**`（1）执行系统的默认动作`**

**如果在代码中没有特别针对信号的处理代码，当应该进程收到信号时，操作系统（内核）会对该进程执行一个默认动作。不同的信号对应不同的默认动作，但是对于绝大多数信号，内核对进程执行的默认动作是把该进程杀死（终止该进程）。**

**`（2）忽略此信号`**

**如果不希望当收到某个信号的时候，内核执行该信号所对应的默认动作（如把进程杀死），可以通过写一些代码使操作系统忽略此信号，操作系统发现代码中实现了对该信号的忽略，就不会针对该信号对进程采取任何动作。**

**可能会有一个疑问：如果某个进程忽略了所有的信号，那内核岂不是完全杀不死该进程了？**

**当然不是这样的，因为只有两个信号不能被忽略（特权信号），就是SIGKILL和SIGSTOP。如果遇到常规杀不死的进程，可以使用kill -9的命令，正常情况下都能把进程杀死。**

**`（3）捕捉该信号`**

**所谓捕捉该信号，就是在代码中写一个信号处理函数，当系统收到该信号时，会自动调用该处理函数来处理。**

**当然，就算写了自己的信号处理函数，SIGKILL和SIGSTOP这两个信号仍然是特权信号，因此不要写代码去捕捉这两个信号，因为这样的代码是无效的。**

## 六、小结 ##

希望对信号有一个较好的理解，因为在很多大型软件开中，信号的使用都会体现在很多方面。

[ 点击进入系列文章目录][Link 1]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/article/details/132393960
[C]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12344315.html
[Linux]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12353489.html
[C 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332626.html
[Link 2]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332639.html
[C 2]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332628.html
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