在Linux中，信號(hào)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(hào)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(hào)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(shuō)明的是，信號(hào)只是用于通知進(jìn)程發(fā)生了某個(gè)事件，除了信號(hào)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(hào)的響應(yīng)動(dòng)作

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

• 中止進(jìn)程(Term)
• 忽略信號(hào)(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(guò)signal或sigaction函數(shù)修改信號(hào)的響應(yīng)動(dòng)作（也就是常說(shuō)的“注冊(cè)信號(hào)”，在文章的后面會(huì)舉例說(shuō)明）。另外，在多線程中，各線程的信號(hào)響應(yīng)動(dòng)作都是相同的，不能對(duì)某個(gè)線程設(shè)置獨(dú)立的響應(yīng)動(dòng)作。

2 信號(hào)類型

Linux支持的信號(hào)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(hào)列表

注：其中SIGKILL和SIGSTOP信號(hào)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(hào)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(hào)的默認(rèn)響應(yīng)動(dòng)作改為Core。

2.3 其它信號(hào)

注意：列表中有的信號(hào)有三個(gè)值，這是因?yàn)椴糠中盘?hào)的值和CPU架構(gòu)有關(guān)，這些信號(hào)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(hào)，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(hào)機(jī)制

文章的前面提到過(guò)，信號(hào)是異步的，這就涉及信號(hào)何時(shí)接收、何時(shí)處理的問(wèn)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(hào)涉及到了這兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，過(guò)程可以先看一下下面的示意圖：

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

3.1 信號(hào)的接收

接收信號(hào)的任務(wù)是由內(nèi)核代理的，當(dāng)內(nèi)核接收到信號(hào)后，會(huì)將其放到對(duì)應(yīng)進(jìn)程的信號(hào)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(hào)還只是在隊(duì)列中，對(duì)進(jìn)程來(lái)說(shuō)暫時(shí)是不知道有信號(hào)到來(lái)的。

3.2 信號(hào)的檢測(cè)

進(jìn)程陷入內(nèi)核態(tài)后，有兩種場(chǎng)景會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)：

• 進(jìn)程從內(nèi)核態(tài)返回到用戶態(tài)前進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)
• 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(hào)檢測(cè)

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

3.3 信號(hào)的處理

信號(hào)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(hào)處理函數(shù)。

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

信號(hào)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(hào)未處理。如果所有信號(hào)都處理完成，就會(huì)將內(nèi)核?；謴?fù)（從用戶棧的備份拷貝回來(lái)），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(hào)處理流程便結(jié)束了，如果同時(shí)有多個(gè)信號(hào)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(hào)的使用

4.1 發(fā)送信號(hào)

用于發(fā)送信號(hào)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(hào)

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(hào)，其中參數(shù)sig為信號(hào)值。

kill函數(shù)：向指定進(jìn)程發(fā)送信號(hào)

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(hào)，其中參數(shù)pid為進(jìn)程號(hào)，sig為信號(hào)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(shuō)明如下：

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

另外，當(dāng)sig值為零時(shí)，實(shí)際不發(fā)送任何信號(hào)，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(hào)被捕獲

等待信號(hào)的過(guò)程，其實(shí)就是將當(dāng)前進(jìn)程(線程)暫停，直到有信號(hào)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(hào)

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(hào)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(hào)

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(hào)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(hào)為止，函數(shù)返回前會(huì)將調(diào)用前的信號(hào)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(hào)的響應(yīng)動(dòng)作

用戶可以自己重新定義某個(gè)信號(hào)的處理方式，即前面提到的修改信號(hào)的默認(rèn)響應(yīng)動(dòng)作，也可以理解為對(duì)信號(hào)的注冊(cè)，可以通過(guò)signal或sigaction函數(shù)進(jìn)行，這里以signal函數(shù)舉例說(shuō)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(hào)值，可以從前面的信號(hào)列表中查到，第二個(gè)參數(shù)handler為處理函數(shù)，通過(guò)回調(diào)方式在信號(hào)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(hào)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(hào)可以放到同一個(gè)函數(shù)中進(jìn)行 通過(guò)信號(hào)值來(lái)區(qū)分 */
        default:
            /* 其它信號(hào) */
            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(cè)SIGINT信號(hào)的處理函數(shù) */
    signal(SIGINT, sig_callback);

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

    /* 等待信號(hào)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(hào)（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(hào)后，觸發(fā)響應(yīng)動(dòng)作，將提示信息打印出來(lái)，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(hào)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(méi)有直接退出，而是繼續(xù)運(yùn)行并將"Process Continue."打印出來(lái)，直至程序正常結(jié)束。