一，訊號的基本概念

1，什麼是訊號？
日常生活中，當我們走到馬路上時，看到的綠燈是一種訊號，它能提示我們怎樣安全的過馬路。又比如，新學期開始學校給每個班發的課表也是一種訊號，它能提示同學們在適當的時間地點去上相應的課程而不是虛度光陰……生活中其實我們忽略了很多訊號，正是由於這些訊號的存在，才使得我們的生活方便而有序。
總結一下你會發現訊號是什麼，訊號就是當你看到它是知道它是什麼，並且知道看到訊號之後應該做什麼，至於你遵不遵守就是你自己的事了， 計算機中的訊號也不例外。

2，計算機中的訊號
同日常生活中的訊號一樣，計算機在收到訊號之後，並不一定會立即處理它，它會將收到的訊號記錄在其相應程序的PCB中的訊號部分，等待合適的時間再去處理它。換句話說，一個程序是否收到訊號，需要檢視其程序PCB中的訊號資訊，給程序發訊號實則是向程序PCB中寫入訊號資訊。同時，我們的作業系統是很智慧的，當任何一個程序接收到任何一個訊號時，作業系統會自動地知道各訊號應作何處理。
檢視系統定義的訊號列表：kill -l

注意列表中不是64個訊號而是62個訊號。
1-31：普通訊號
34-64：實時訊號
———-以下內容只針對普通訊號進行講解———-
每個訊號都有一個巨集名稱和一個訊號編號，這些巨集定義可以在signal.h中找到，這些訊號各自在什麼條件下產生,預設的處理動作是什麼,在signal(7)中都有詳細說明:
檢視命令：man 7 signal

各種訊號產生的原因：
[http://blog.sina.com.cn/s/blog_7ee076050101bz5v.html]

3，普通訊號的儲存：
試想一下，如果你是作業系統的設計人員，你會用什麼來儲存這31個訊號呢?當然，設計人員都很聰明，他們採用的是點陣圖儲存

，每一個bit位儲存一個相應訊號，31個訊號只需4個位元組（僅一個整形的大小）即可儲存，bit位的位置表示訊號的編號，bit位的值則用來表示是否收到該訊號（0—-未收到該訊號，1—-收到該訊號）。
訊號量的本質就是修改PCB中管理訊號變數中的某個bit位。

4，訊號產生的主要條件
背景知識：
前臺程序：基本不用和使用者互動，優先順序稍微低一些（執行前臺程序： ./test.c）
後臺程序：需要和使用者進行互動，需要較高的相應速度，優先級別高(執行後臺程序： ./test.c &)

1〉使用者在終端按下某些組合鍵時,終端驅動程式會發送訊號給前臺程序。例如：
Ctrl-C產生SIGINT訊號（2號訊號，終止前臺程序）,
Ctrl-\產生SIGQUIT訊號（3號訊號，捕捉訊號）,
Ctrl-Z產生SIGTSTP訊號(20號訊號，可使前臺程序停止)。
2〉硬體異常產生訊號,這些條件由硬體檢測到並通知核心,然後核心向當前程序傳送適當的訊號

。
例如：當前程序執行了除以0的指令,CPU的運算單元會產生異常,核心將這個異常解釋 為SIGFPE訊號傳送給程序。再比如當前程序訪問了非法記憶體地址,,MMU（記憶體管理單元）會產生異常,核心將這個異常解釋SIGSEGV訊號傳送給程序。
3〉一個程序呼叫kill(2)函式可以傳送訊號給另一個程序。
可以用kill(1)命令傳送訊號給某個程序,kill(1)命令也是呼叫kill(2)函式實現的,如果不明確指定訊號則傳送SIGTERM訊號,該訊號的預設處理動作是終止程序。當核心檢測到某種軟體條件發生時也可以通過訊號通知程序,例如鬧鐘超時產生SIGALRM訊號,向讀端已關閉的管道寫資料時產生SIGPIPE訊號。 如果不想按預設動作處理訊號,使用者程式可以呼叫sigaction(2)函式告訴核心如何處理某種訊號。

5，處理訊號的方法
1〉忽略此訊號（大多數訊號都可以使用該方法處理）。
特例：SIGKILL ， SIGSTOP
原因：它們向超級使用者提供一種使程序終止或停止的方法，同時，如果忽略某些由硬體異常產生的訊號，則程序的行為是未定義的。
2〉執行該信浩的預設處理動作（與訊號的種類有關，大多數訊號會直接終止該程序）。
3〉用訊號捕捉函式為該訊號指定自定義動作。
特例：不能捕捉SIGKILL ， SIGSTOP訊號
原因：為了防止非法使用者的惡意入侵使得程序永遠殺不掉。
訊號捕捉函式：修改訊號的預設動作，有些訊號是不能被捕捉的，如9號訊號SIGKILL等。

#include <signal.h>

       typedef void (*sighandler_t)(int);

       sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

引數：signum:訊號編號 handler:指向怎樣捕捉該訊號的函式
返回值：signal函式的返回值是一個函式指標，成功返回返回以前的處理 配置，失敗返回錯誤碼對應的錯誤提示。
makefile:

 signal:signal.c
  2     gcc -o signal signal.c
  3 .PHONY:clean
  4 clean:
  5     rm -f signal

signal.c:

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

void myhandler(int signo)
{
    printf("got SIGINT\n");
}
int main()
{
   signal(2,myhandler);//捕捉2號訊號SIGINT：Ctrl C
   while(1)
   {
       sleep(1);
   }
   return 0;
}

執行結果：
捕捉2號訊號：

殺死程序（此時ctrl C不再能夠結束程序）：

程序結束：

改進：signal.c

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

typedef void (*sighandler_t)(int);//函式指標
sighandler_t old_handler = NULL;

void myhandler(int signo)
{
      printf("got SIGINT\n");//第一次按ctrlC捕捉2號訊號SIGINT
      signal(2, old_handler);//恢復預設的處理，再按ctrl C的話，就會終止程式
}
int main()
{
   old_handler = signal(2,myhandler);//捕捉2號訊號SIGINT：Ctrl C
   while(1)
   {
       sleep(1);
   }
   return 0;
}

執行結果：

二，產生訊號

1，通過終端按鍵產生訊號
上面說過，SIGINT（ctrl C）的預設處理動作是終止程序,SIGQUIT(ctrl )的預設處理動作是終止程序並且Core Dump,那麼什麼是Core Dump呢？
Core Dump：核心轉儲。當一個程序要異常終止時,可以選擇把程序的使用者空間記憶體資料全部儲存到磁碟上,檔名通常是core,這叫做Core Dump。
程序異常終止通常是因為有Bug,比如非法記憶體訪問導致段錯誤,事後可以用偵錯程式檢查core檔案以查清錯誤原因,這叫做Post-mortem Debug（事後除錯）。一個程序允許產生多大的core檔案取決於程序的Resource Limit(這個資訊儲存 在PCB中)。預設是不允許產生core檔案的,因為core檔案中可能包含使用者密碼等敏感資訊,不安全。在開發除錯階段可以用ulimit命令改變這個限制,允許產生core檔案。
程式碼驗證：
1>首先用ulimit命令改變Shell程序的Resource Limit,允許core檔案最大為1024K:ulimit -c 1024

2>然後寫一個死迴圈程式:
makefile:

   .PHONY: all
   all:signal sig
   signal:signal.c
       gcc -o [email protected] $^
   sig:sig.c
       gcc -o [email protected] $^
   .PHONY:clean
   clean:
       rm -f signal sig

sig.c:

 #include<stdio.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<unistd.h>

 int main()
 {
     printf("pid is %d\n",getpid());
     while(1);
     return 0;
 }

執行結果：

ulimit命令改變了Shell程序的Resource Limit,test程序的PCB由Shell程序複製而來,所以也具 有和Shell程序相同的Resource Limit值,這樣就可以產生Core Dump了。

2，軟硬體異常產生訊號
軟硬體異常訊號 其他訊號 SIGCHLD or SIGCLD 子程序結束時, 父程序會收到這個訊號。 如果父程序沒有處理這個訊號，也沒有等待(wait)子程序，子程序雖然終止，但是還會在核心程序表中佔有表項，這時的子程序稱為殭屍程序。這種情 況我們應該避免(父程序或者忽略SIGCHILD訊號，或者捕捉它，或者wait它派生的子程序，或者父程序先終止，這時子程序的終止自動由init程序 來接管)。

3，呼叫系統函式想程序發訊號
1〉首先在後臺執行死迴圈程式,然後用kill命令給它發SIGSEGV訊號。

3603是sig程序的id。之所以要再次回車才顯示“段錯誤”是因為在3603程終止掉 之前已經回到了Shell提示符等待使用者輸入下一條令,Shell不希望“段錯誤”資訊和使用者的輸入交錯在一起,所以等使用者輸入命令之後才顯示。
指定某種訊號的kill命令可以有多種寫 法,上面的命令還可以寫成：
kill -SIGSEGV 3603或kill -11 3603, 11是訊號SIGSEGV的編號。
以往遇 到的段錯誤都是由非法記憶體訪問產生的,而這個程式本身沒錯,給它發SIGSEGV也能產生段錯誤。

kill命令是呼叫kill函式實現的。kill函式可以給一個指定的程序傳送指定的訊號。
raise函式可以給當前程序傳送指定的訊號(自己給自己發訊號)。

#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int signo);//給任意程序發訊號
int raise(int signo);//自己給自己發任意訊號

這兩個函式都是成功返回0,錯誤返回-1。

kill函式例項：
makefile:

  1 .PHONY: all
  2 all: signal sig kill
  3 signal:signal.c
  4     gcc -o [email protected] $^
  5 sig:sig.c
  6     gcc -o [email protected] $^
  7 kill:kill.c
  8     gcc -o [email protected] $^
  9 .PHONY:clean
 10 clean:
 11     rm -f signal sig kill

kill.c:

  7 #include<stdio.h>
  8 #include<signal.h>
  9 #include<stdlib.h>
 10 
 11 static void usage(const char* proc)//.kill用法
 12 {
 13     printf("usage:%s sig pid\n",proc);
 14 }
 15 int main(int argc,char* argv[])
 16 {
 17     if(argc != 3)
 18     {
 19         usage(argv[0]);
 20         return 1;
 21     }
 22     int pid = atoi(argv[2]);//程序號
 23     int sig = atoi(argv[1]);//訊號編號
 24     kill(pid,sig);//用當前程序給pid號程序傳送sig號訊號
 25     return 0;
 26 }

1〉首先在前臺執行上面的死迴圈程式

2〉使用kill函式向死迴圈程序傳送2號訊號終止該程序

raise函式的例項：
makefile:

  1 .PHONY: all
  2 all: signal sig kill raise
  3 signal:signal.c
  4     gcc -o [email protected] $^
  5 sig:sig.c
  6     gcc -o [email protected] $^
  7 kill:kill.c
  8     gcc -o [email protected] $^
  9 raise:raise.c
 10     gcc -o [email protected] $^
 11 .PHONY:clean
 12 clean:
 13     rm -f signal sig kill raise

raise.c:

  7 #include<stdio.h>
  8 #include<signal.h>
  9 #include<stdlib.h>
 10 #include<unistd.h>
 11 
 12 void myhandler()
 13 {
 14     printf("this is a raise test:pid is %d\n",getpid());
 15 }
 16 int main()
 17 {
 18     signal(2,myhandler);
 19     while(1)
 20     {
 21         raise(2);//給自己發2號訊號
 22         sleep(1);
 23     }
 24     return 0;
 25 }

執行中用kill命令殺死該程序：kill -9 4009

abort函式使當前程序接收到訊號而異常終止。

#include <stdlib.h>
void abort(void);//自己給自己發終止訊號

就像exit函式一樣,abort函式總是會成功的,所以沒有返回值。
makefile:

  1 .PHONY: all
  2 all: signal sig kill raise abort
  3 signal:signal.c
  4     gcc -o [email protected] $^
  5 sig:sig.c
  6     gcc -o [email protected] $^
  7 kill:kill.c
  8     gcc -o [email protected] $^
  9 raise:raise.c
 10     gcc -o [email protected] $^
 11 abort:abort.c
 12     gcc -o [email protected] $^
 13 .PHONY:clean
 14 clean:
 15     rm -f signal sig kill raise abort

abort.c:

  7 #include<stdio.h>
  8 #include<unistd.h>
  9 #include<stdlib.h>
 10 #include<signal.h>
 11 
 12 int count = 0;
 13 void myhandler(int sig)
 14 {
 15     printf("count is %d,sig is:%d\n",count++,sig);
 16 }
 17 int main()
 18 {
 19     for(int i = 1; i <= 31; ++i)
 20     {
 21         signal(i,myhandler);
 22     }
 23     while(1)
 24     {
 25         sleep(1);
 26         abort();//使當前程序接收到訊號而異常止
 27     }
 28     return 0;
 29 }

4,由軟體條件產生訊號
由軟體條件產生的訊號：SIGPIPE，SIGALRM（主要介紹）
alarm函式可以設定一個鬧鐘,也就是告訴核心在seconds秒之後給當前程序發SIGALRM訊號, 該訊號的預設處理動作是終止當前程序。

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

返回值：是0或者是以前設定的鬧鐘時間還餘下 的秒數
如果seconds值為0,表示取消以前設定的鬧鐘,函式的返回值仍然是以前設定的鬧鐘時間還餘下的秒數。
makefile:

  1 .PHONY: all
  2 all: signal sig kill raise abort alarm
  3 signal:signal.c
  4     gcc -o [email protected] $^
  5 sig:sig.c
  6     gcc -o [email protected] $^
  7 kill:kill.c
  8     gcc -o [email protected] $^
  9 raise:raise.c
 10     gcc -o [email protected] $^
 11 abort:abort.c
 12     gcc -o [email protected] $^
 13 alarm:alarm.c
 14     gcc -o [email protected] $^
 15 .PHONY:clean
 16 clean:
 17     rm -f signal sig kill raise abort alarm

alarm.c:

  7 #include<stdio.h>
  8 #include<signal.h>
  9 #include<stdlib.h>
 10 #include<unistd.h>
 11 
 12 int count = 0;
 13 void myhandler()
 14 {
 15     printf("count is %d\n",count);
 16     exit(1);
 17 }
 18 int main()
 19 {
 20     signal(SIGALRM,myhandler);
 21     alarm(1);//設定鬧鐘
 22     while(1)
 23     {
 24         count++;
 25     }
 26     return 0;
 27 }

這個程式的作用是1秒鐘之內不停地數數,1秒鐘到了就被SIGALRM訊號終止。