1. 信号入门

在生活中，比如红绿灯，铃声这些，首先，我们肯定是知道这些东西和它所表示的含义，也就是说我们能识别这些信号。
第二，红灯停，绿灯行，即便当前信号还没有产生，我们已经提前知道这个信号的处理方法。

对应到进程：
信号是给进程发送的，所以进程要具备处理信号的能力，那么进程要能够识别对应的信号，并且能够处理对应的信号。

对于进程来讲，即使是信号还没有产生，我们进程已经具备识别和处理这个信号的能力了。

2. 技术应用角度的信号

1.用户输入命令，在Shell下启动一个前台进程，用户按下Ctrl-C，这个键盘输入产生一个硬件中断，被OS获取，解释成信号，发送给目标前台进程，前台进程因为收到信号，进而引起进程退出。

那么什么是前台进程？
前台进程：是在终端中运行的命令，那么该终端就为进程的控制终端，一旦这个终端关闭，这个进程也随之消失。

举个例子：


这里bash被该进程所占据了，不会执行其它进程，这样就叫做前台进程。

那么什么是后台进程？
后台进程：也叫守护进程，是运行在后台的一种特殊进程，不受终端控制，它不需要终端的交互。

我们在运行进程时后面加一个&符号就是后台进程。后台进程Ctrl+c不能结束，并且可以运行其它进程。

那么我们如何将一个后台进程给结束掉呢？

我们把打印先给注释了。

这里的jobs可以看到我们的后台进程，1，2，3代表的是作业号，后面的数字代表的是进程的编号。

如果我们想退出某个后台进程，我们先fg 作业号，这个意思是它这个进程从后台进程改成前台进程。
然后再Ctrl+c退出进程就行了。

如果我们再把后台进程改成前台进程后悔了，怎么办？

我们先Ctrl+z：

我们可以看到3号的进程变成Stopped了，然后我们bg 作业号：

可以看到这里的作业号又运行起来了。

注意：
1. Ctrl+C 产生的信号只能发给前台进程。一个命令后面加个&可以放到后台运行，这样Shell不必等待进程结束就可以接受新的命令,启动新的进程。
2. Shell可以同时运行一个前台进程和任意多个后台进程，只有前台进程才能接到像 Ctrl+C 这种控制键产生的信号。
3. 前台进程在运行过程中用户随时可能按下 Ctrl+C 而产生一个信号，也就是说该进程的用户空间代码执行到任何地方都有可能收到 SIGINT 信号而终止，所以信号相对于进程的控制流程来说是异步的。

3. 信号概念

信号是进程之间事件异步通知的一种方式，属于软中断。

同步就是指一个进程在执行某个请求的时候，若该请求需要一段时间才能返回信息，那么这个进程将会一直等待下去，直到收到返回信息才继续执行下去。

异步是指进程不需要一直等下去，而是继续执行下面的操作，不管其他进程的状态。当有消息返回时系统会通知进程进行处理，这样可以提高执行的效率。

用kill -l命令可以察看系统定义的信号列表:

这里一共有62个信号，没有32和33信号。前31个信号叫做普通信号，34以上的叫做实时信号，我们需要学习的是普通信号。
每个信号都有一个编号和一个宏定义名称，这些宏定义可以在signal.h中找到，例如其中有定义 #define SIGINT 2

4. 信号处理常见方式

因为信号产生是异步的，当信号产生的时候，对应的进程可能正在做更重要的事，我们的进程可以暂时不处理这个信号，但是我们必须记住这个信号。

那么进程是如何记住这个信号的？
首先，信号在进程的PCB中会被保存下来。在PCB中有一个uint32_t类型的变量代表了位图。

比特位的位置不同代表了不同的信号。

当进程空闲时，会如何处理这个信号呢？

举个例子：
当外卖来了，你正在打游戏，你让外卖员放外面，当你游戏结束时，你去拿外卖然后吃，这是一个默认动作。或者你打完游戏，忘记了还有外卖。或者你的外卖给其他人吃了，这是自己安排这个外卖。那么进程的处理也是一样的。

1. 忽略此信号。
2. 执行该信号的默认处理动作。
3. 自定义动作。

这就叫做信号的捕捉。

5. 产生信号

5.1 通过终端按键产生信号

我们先来学习一个函数：

第一个参数signum：指明了所要处理的信号类型。
第二个参数handler：我们处理的方式（是系统默认还是忽略还是捕获），这里第二个参数也是一种回调方法。

举个例子：

我们对2号信号进行捕捉，设置完成后，去执行自己的进程。

运行结果如下：

从运行结果可以看到：当前并没有调用handler方法。

这里只是设置了一个回调，如果SIGINT信号产生时，该方法才会被调用。如果不产生SIGINT，该方法不会被调用。

这里Ctrl+c本质就是给前台进程发送2号信号给目标进程，目标进程默认对2号信号的处理是终止自己。这里我们用函数更改了对2号信号的处理，设置了用户自定义的处理方法。

这就是由键盘产生的信号。

注意：9号信号也叫做管理员信号，它永远是默认处理，不会被我们设置。

5.2 调用系统函数向进程发信号

返回值是成功返回0，错误返回-1。第一个参数就是进程的pid，第二个参数就是传递的信号。kill命令是调用kill函数实现的。kill函数可以给一个指定的进程发送指定的信号。

下面我们自己写一个kill命令：

这里字符串需要转成整型，并且pid_t需要强转。如果kill函数成功了，就向指定的进程发送信号了。

然后我们再写一个循环的死进程。

运行结果：

我们再介绍一个函数：

raise函数可以给当前进程发送指定的信号(自己给自己发信号)。

这里的意思是：自己给自己发送2号信号。

还有一个函数：

这个函数是自己给自己发送6号信号。自己终止自己。就像exit函数一样，abort函数总是会成功的，所以没有返回值。

运行结果：

虽然说6号信号会被捕捉，但是还是会执行退出。

5.3 由软件条件产生信号

这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。

打个比方，某人要小睡一觉，设定闹钟为30分钟之后响，20分钟后被人吵醒了，还想多睡一会儿，于是重新设定闹钟为15分钟之后响，“以前设定的闹钟时间还余下的时间”就是10分钟。如果seconds值为0，表示取消以前设定的闹钟，函数的返回值仍然是以前设定的闹钟时间还余下的秒数。

这个程序的意思是：一秒能累加多少次。

我们可以看到它累加了这么多次。但是确定就这么多次吗？

我们这里设置一个回调函数，当闹钟1s以后，会捕捉这个信号，就可以统计++的次数。

这是打印的结果，从这也反应出IO是非常慢的。

5.4 硬件异常产生信号

硬件异常被硬件以某种方式被硬件检测到并通知内核，然后内核向当前进程发送适当的信号。
例如当前进程执行了除以0的指令，CPU的运算单元会产生异常。内核将这个异常解释为SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非法内存地址，MMU会产生异常，内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给进程。

运行结果如下：

那么崩溃的本质是什么呢？
我们可以先捕捉一下信号：


除0错误就发送了8号信号。我们再看一下野指针：


野指针访问就是发送了11信号。

进程崩溃的本质是：该进程收到了异常信号。

过程如下：
除零：CPU内部，状态寄存器，当我们出0的时候，CPU内的状态寄存器会被设置成为有报错：浮点数越界，OS就会识别到CPU内有报错。OS就会找是谁干的和是什么报错(OS->构建信号)。然后，OS给目标进程发送信号，目标进程在合适的时候处理信号，终止进程。

越界&&野指针: 我们在语言层面使用的地址(指针)，其实都是虚拟地址->物理地址->物理内存->读取对应的数据和代码的。如果虚拟地址有问题，地址转化的工作是由(MMU(硬件)+页表(软件))， 转化过程就会引起问题->表现在硬件MMU上->OS发现硬件出现了问题。OS就会找是谁干的和是什么报错(OS->构建信号)。然后，OS给目标进程发送信号，目标进程在合适的时候处理信号，终止进程。

崩溃了，一定会导致进程终止吗？
答案是：不一定。举个例子：

我们把exit先注释了。


我们可以看到这个进程它还在运行中，没有崩溃。

因为原来默认是终止进程，但是现在改成了打印一句话，并没有做任何处理的事。所以异常还在，就会一直打印发送。

6. Core Dump

在进程等待的时候，我们说过status：

下面我们就把Core Dump打印出来看一看：

运行结果如下：

Core Dump为0，我们在看一下除0错误：

我们可以man 7 signal详细查看信号内容：

这里每个错误会有对应的动作。Term就是什么都不干，就终止。Core是终止，并且会执行Core Dump。

那么为什么Core Dump会是0呢？
在云服务器上，core file size默认是0，也就是关闭。

我们可以自己设置一下：

此时，我们再看一下运行结果：

此时的core就设置成1了。

但是可以看出它多出来这样一个文件，如果我们打开这个文件，里面是乱码。

那么Core Dump到底是什么呢？
当一个进程要异常终止时，可以选择把进程的用户空间内存数据全部保存到磁盘上，文件名通常是core，后面的数字代表的是哪个进程，这叫做Core Dump，也叫做核心转储。
进程异常终止通常是因为有Bug，事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因，这叫做事后调试。一个进程允许产生多大的core文件取决于进程的Resource Limit(这个信息保存在PCB中)。默认是不允许产生core文件的，因为core文件中可能包含用户密码等敏感信息，不安全。在开发调试阶段可以用ulimit命令改变这个限制，允许产生core文件。

那么Core Dump有什么用呢？

这是一个非常简单的野指针使用。

我们把这个编译带上-g选项。


它可以帮我们直接定位错误。