Linux--信号--信号的产生方式--核心转储--0104

1. 什么是信号

生活中的信号：红绿灯，狼烟，撤退、集合...。

• 我们认识这些信号，首先是因为自己记住了对应场景下的信号+后续需要执行的动作。
• 如果信号没有产生，我们依旧知道如何处理这个信号。
• 收到信号，我们不一定会马上处理。
• 在我们无法立即处理时，也一定要被先记住。

1.2 Linux信号

本质是一种通知机制，用户或者操作系统通过发送一定的信号，通知进程，某些事情已经发生，需要后续处理。

1.3 kill -l 查看系统定义的信号列表

 没有0、32、33号信号，一共62个

[1,31]普通信号   [34,64]实时信号

2. 信号如何产生

比如：在死循环程序中，通过命令行指令ctrl+c可以终止进程。原因是按ctrl+c键盘会产生一个硬件中断，被OS获取解释成了信号，发送给前台的进程，进程收到信号，进行处理。

信号处理的常见方式：

• 默认。执行程序员写好的逻辑。
• 忽略。
• 自定义。自己写处理逻辑

信号如何被记录？

信号是发给进程的，在进程内需要被记录，也就意味着pcb结构体中有一块内存保存信号的相关数据结构(unsigned int 位图)，可以标记普通信号是否被发送。

3.信号的捕捉

3.1 signal函数

 handler是一个回调函数，当进程获得了一个信号，就会去调用这个函数。

#include<iostream>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;//自定义的信号处理方法
void catchfunc(int signum)
{cout<<"进程捕捉到一个信号，正在处理中："<<signum<<"Pid："<<getpid()<<endl;//捕捉到什么信号 是在signal函数中先设定好的
}
int main()
{//signal(2,catchfunc);//当遇到了2号信号 就会自动调用我们自定义的方法signal(SIGINT,catchfunc);//SIGINT是宏 也是2号信号 每个信号都有自己的编号和对应的宏while(true){cout<<"我是一个进程，我正在运行...,pid"<<getpid()<<endl;sleep(1);}return 0;
}

 注意在上面的程序中我们将2号信号的处理方法替换成了打印一句话，于是我们在ctrl+c或者在命名行输入kill -2 pid都无法终止该程序。

 3.2 signal函数的补充说明

• 特定信号的处理动作，一般只有一个
• signal函数仅仅是修改进程对特定信号的后续处理动作，而不是直接调用这个后续处理动作。当进程收到这个信号的时候，我们才会进入到这个后续处理动作函数。
• signal函数一般都写在最前面，类似于先设置一个方法，后续程序出现对应的信号才有我们自定义的方法可以用，相当于配置了环境

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4. 信号的产生的方式

4.1通过终端按键产生信号

我们在上述程序中将二号信号的处理方法改了，那我们现在如何关闭进程呢？答案是选择其他信号以终止进程。比如3号信号，SIGQUIT。3号信号的默认处理动作是终止进程并且Core Dump,什么是Core Dump呢？

4.1.1 Core Dump 核心转储

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,这叫做Core Dump。

进程异常终止通常是因为有Bug,比如非法内存访问导致段错误,事后可以用调试器检查core文件以查清错误原因,这叫做Post-mortem Debug（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。

查看core文件大小

Bash: ulimit -a

修改core的大小

Bash:ulimit -c 1024

 4.1.2 core文件的产生

我们先把对2号信号的自定义处理函数注释掉，分别用2号信号和3号信号终止程序。发现3号命令会在当前路径下生成一个core.pid文件。该文件的编码模式是看不懂的。是用于gdb调试时，找到错误信息的。

 除此之外，当我们在程序中出现了/0错误，进程会收8号信号，然后终止程序并生成core文件。

gdb core-file core.pid

子进程出现/0问题也会出现核心转储

4.2 调用系统函数向进程发送信号

4.2.1 kill 函数

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。

#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int signo);

成功返回0 失败返回-1

static void Usage(string proc)
{cout<<"Usage:\r\n\t"<<proc<<"signumber processid"<<endl;
}//需要写 ./mykill 2 pid
int main(int argc,char *argv[])
{if(argc!=3){Usage(argv[0]);exit(1);}int signumber=atoi(argv[1]);int procid=atoi(argv[2]);kill(procid,signumber);return 0;
}

4.2.2 raise 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)。

#include <signal.h>
int raise(int signo);
成功返回0 失败返回-1

int main()
{cout<<"我开始运行了"<<endl;sleep(1);raise(8);//执行到这里就给自己发送8号信号return 0;
}

4.2.3 abort 函数

没有参数，会发生转储。给自己发送abort信号（6号信号）

相当于raise(6);

4.2.4 总结

用户调用系统接口发送信号，其实就是OS执行对应的系统调用代码，OS提取参数或给特定的信号编号，然后修改目标进程的信号标记位以完成写信号。进程收到信号，然后执行后续操作。

4.3 由软件异常产生的信号

4.3.1 SIGPIPE

SIGPIPE是一种由软件条件产生的信号。

• 如果管道写入端对应的文件描述符被关闭，则read会把数据全部读完，最后返回0。
• 如果管道读入端对应的文件描述符被关闭，则操作系统会终止写入端的程序。

也就是给了SIGPIPE信号。

4.3.2 SIGALRM

SIGALRM是由alarm函数产生的。该信号的默认处理动作就是终止当前程序。

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号。

 验证1s内我们一共会进行多少次count++

int count=0;
void catchfunc()
{cout<<"final count"<<count<<endl;
}
int main()
{alarm(1);signal(SIGALRM,catchfunc);while(true) count++;return 0;
}

4.4 硬件异常产生信号 

4.4.1 除0错误

void catchfunc(int signumber)
{sleep(1);cout<<"获得了一个信号"<<signumber<<endl;
}
int main()
{signal(SIGFPE,catchfunc);int a=100;a/=0;while(true) sleep(1);return 0;
}

 为什么我们这里会一直循环呢？

如何理解除0错误

进行计算的是的CPU这个硬件，CPU内部有寄存器（状态寄存器——位图），除0错误会导致溢出，位图中有对应的状态标记位为溢出标记位，运算完成后OS会自动检测，如果溢出标记位是1。操作系统会识别到有溢出问题。找到当前正在运行的进程的pid，OS发送信号，进程会在合适的时候处理信号。

而寄存器中的数据我们并没有权限去修改，即我们除了终止程序什么也做不了。就会不断的重复发送信号。只有终止程序，上下文数据被释放，寄存器的问题才能被修正。

4.4.2 访问空指针/野指针问题

将上述代码的/0错误换成解引用空指针错误。

信号类型是 SIGSEGV

如何理解 解引用空指针 /野指针/ 指针越界问题

我们首先需要通过地址找到目标的所在位置，而我们的虚拟地址和物理地址之间的转换需要页表和MMU进行处理。MMU是一个硬件，也存在自己的寄存器。当我们的访问非法地址的时候，一定会出现寄存器错误。