一，什麼是信号
1，信号本質
信号是軟體中斷，是在軟體層次上對中斷機制的一種模拟，在原理上，一個程序收到一個信号與處理器收到一個中斷請求可以說是一樣的。信号是異步的，一個程序不必通過任何操作來等待信号的到達，事實上，程序也不知道信号到底什麼時候到達。
其實，在頭檔案<signal.h>中，核心将信号都定義為正整數（信号編号）。
2，信号來源
信号事件的發生有兩個來源。
A，硬體來源：
- 使用者按終端鍵，引起終端産生的信号（比如Ctrl + C鍵産生SIGINT）。
- 硬體異常産生信号：除數為0、無效的記憶體引用等。這些條件通常由硬體檢測到，并将其通知核心。然後核心為該條件發生時正在運作的程序産生相應的信号。
B，軟體來源：
- 最常用發送信号的系統函數是kill, raise, alarm和setitimer以及sigqueue函數。
二、常見信号
Linux信号的編号是從1-64，其中32和33空缺，沒有對應的信号。通過kill -l 可檢視所有的信号。
其中
- 1~31之間的信号叫做不可靠信号, 不支援排隊, 信号可能會丢失, 也叫做非實時信号。
- 34~64之間的信号叫做可靠信号, 支援排隊, 信号不會丢失, 也叫做實時信号。
信号代碼從1到32是不可靠信号,不可靠信号主要有以下問題:
(1)每次信号處理完之後，就會恢複成預設處理，這可能是調用者不希望看到的（早期的signal函數，linux2.6.35.6核心經驗證已經不再恢複預設動作）。
(2)存在信号丢失的問題（程序收到的信号不作排隊處理，相同的信号多次到來會合并為一個）。
現在的Linux對信号機制進行了改進，是以，不可靠信号主要是指信号丢失。
信号代碼從SIGRTMIN到SIGRTMAX之間的信号是可靠信号。可靠信号不存在丢失，由sigqueue發送，可靠信号支援排隊。
可靠信号注冊機制:
核心每收到一個可靠信号都會去注冊這個信号，在信号的未決信号鍊中配置設定sigqueue結構，是以，不會存在信号丢失的問題。
不可靠信号的注冊機制:
而對于不可靠的信号，如果核心已經注冊了這個信号，那麼便不會再去注冊，對于程序來說，便不會知道本次信号的發生。
可靠信号與不可靠信号與發送函數沒有關系，取決于信号代碼，前面的32種信号就是不可靠信号，而後面的32種信号就是可靠信号。
| 1) | SIGHUP | 連接配接挂斷 | 終止(預設處理) |
| 2) | SIGINT | 終端中斷,Ctrl+c産生該信号 | 終止(terminate) |
| 3) | SIGQUIT | 終端退出,Ctrl+\ | 終止+轉儲 |
| 6) | SIGABRT | 程序異常終止,abort()産生 | 終止+轉儲 |
| 9) | SIGKILL | 不可以被捕獲或忽略的終止信号 | 終止 |
| 10) | SIGUSR1 | 使用者定義信号1 | 終止 |
| 11) | SIGSEGV | 無效的記憶體段通路=>Segmentation error | 終止+轉儲 |
| 12) | SIGUSR2 | 使用者定義信号2 | 終止 |
| 13) | SIGPIPE | 向讀端已關閉的管道寫入 | 終止 |
| 14) | SIGALRM | 真實定時器到期,alarm()産生 | 終止 |
| 15) | SIGTERM | 可以被捕獲或忽略的終止信号 | 終止 |
| 17) | SIGCHLD | 子程序已經停止, 對于管理子程序很有用 | 忽略 |
| 19) | SIGSTOP | 不能被捕獲或忽略的停止信号 | 停止(stop) |
三、信号響應的方式。
- 忽略信号SIG_IGN ,但有兩種信号不能被忽略SIGKILL，SIGSTOP。
- 捕捉信号處理，即使用者自定義的信号處理函數來處理。
- 采用系統預設處理SIG_DFL,執行預設操作。
四、信号的處理過程。
1. 信号的生命周期
信号産生->信号注冊－>信号在程序中登出->信号處理函數執行完畢
(1)信号的産生是指觸發信号的事件的發生
(2)信号注冊
指的是在目标程序中注冊，該目标程序中有未決信号的資訊:
struct sigpending pending：
struct sigpending{
struct sigqueue *head, **tail;
sigset_t signal;
};
struct sigqueue{
struct sigqueue *next;
siginfo_t info;
}
其中 sigqueue結構組成的鍊稱之為未決信号鍊，sigset_t稱之為未決信号集。
*head,**tail分别指向未決信号鍊的頭部與尾部。
siginfo_t info是信号所攜帶的資訊。
信号注冊的過程就是将信号值加入到未決信号集siginfo_t中，将信号所攜帶的資訊加入到未決信号鍊的某一個sigqueue中去。
是以，對于可靠的信号，可能存在多個未決信号的sigqueue結構，對于每次信号到來都會注冊。而不可靠信号隻注冊一次，隻有一個sigqueue結構。
隻要信号在程序的未決信号集中，表明程序已經知道這些信号了，還沒來得及處理，或者是這些信号被阻塞。
(3)信号在目标程序中登出
在程序的執行過程中，每次從系統調用或中斷傳回使用者空間的時候，都會檢查是否有信号沒有被處理。如果這些信号沒有被阻塞，那麼就調用相應的信号處理函數來處理這些信号。則調用信号處理函數之前，程序會把信号在未決信号鍊中的sigqueue結構卸掉。是否從未決信号集中把信号删除掉，對于實時信号與非實時信号是不相同的。
非實時信号:由于非實時信号在未決信号鍊中隻有一個sigqueue結構，是以将它删除的同時将信号從未決信号集中删除。
實時信号:由于實時信号在未決信号鍊中可能有多個sigqueue結構，如果隻有一個，也将信号從未決信号集中删除掉。如果有多個那麼不從未決信号集中删除信号，登出完畢。
(4)信号處理函數執行完畢
執行處理函數，本次信号在程序中響應完畢。
在第4步，隻簡單的描述了信号處理函數執行完畢，就完成了本次信号的響應，但這個信号處理函數空間是怎麼處理的呢? 核心棧與使用者棧是怎麼工作的呢? 這就涉及到了信号處理函數的過程。
信号處理函數的過程:
(1)注冊信号處理函數
信号的處理是由核心來代理的，首先程式通過sigal或sigaction函數為每個信号注冊處理函數，而核心中維護一張信号向量表，對應信号處理機制。這樣，在信号在程序中登出完畢之後，會調用相應的處理函數進行處理。
(2)信号的檢測與響應時機
在系統調用或中斷傳回使用者态的前夕，核心會檢查未決信号集，進行相應的信号處理。
(3)處理過程:
程式運作在使用者态時->程序由于系統調用或中斷進入核心->轉向使用者态執行信号處理函數->信号處理函數完畢後進入核心->傳回使用者态繼續執行程式
首先程式執行在使用者态，在程序陷入核心并從核心傳回的前夕，會去檢查有沒有信号沒有被處理，如果有且沒有被阻塞就會調用相應的信号處理程式去處理。首先，核心在使用者棧上建立一個層，該層中将傳回位址設定成信号處理函數的位址，這樣，從核心傳回使用者态時，就會執行這個信号處理函數。當信号處理函數執行完，會再次進入核心，主要是檢測有沒有信号沒有處理，以及恢複原先程式中斷執行點，恢複核心棧等工作，這樣，當從核心傳回後便傳回到原先程式執行的地方了。
五、未決信号和阻塞信号
實際執行信号的處理動作稱為信号遞達（Delivery），信号從産生到遞達之間的狀态，稱為信号未決（Pending）。程序可以選擇阻塞（Block）某個信号，SIGKILL 和 SIGSTOP 不能被阻塞。被阻塞的信号産生時将保持在未決狀态，直到程序解除對此信号的阻塞，才執行遞達的動作。注意，阻塞和忽略是不同的，隻要信号被阻塞就不會遞達，而忽略是在遞達之後可選的一種處理動作。信号在核心中的表示可以看作是這樣的：
每個信号都有兩個标志位分别表示阻塞和未決，還有一個函數指針表示處理動作。信号産生時，核心在程序控制塊中設定該信号的未決标志，直到信号遞達才清除該标志。在上圖的例子中，
1. SIGHUP信号未阻塞也未産生過，當它遞達時執行預設處理動作。
2. SIGINT信号産生過，但正在被阻塞，是以暫時不能遞達。雖然它的處理動作是忽略，但在沒有解除阻塞之前不能忽略這個信号，因為程序仍有機會改變處理動作之後再解除阻塞。
3. SIGQUIT信号未産生過，一旦産生SIGQUIT信号将被阻塞，它的處理動作是使用者自定義函數sighandler。
未決和阻塞标志可以用相同的資料類型sigset_t來存儲，sigset_t稱為信号集，這個類型可以表示每個信号的“有效”或“無效”狀态，，在阻塞信号集中“有效”和“無效”的含義是該信号是否被阻塞，而在未決信号集中“有效”和“無效”的含義是該信号是否處于未決狀态。阻塞信号集也叫做目前程序的信号屏蔽字（Signal Mask），這裡的“屏蔽”應該了解為阻塞而不是忽略。
六、信号集處理函數
sigset_t類型(64bit)對于每種信号用一個bit表示“有效”或“無效”狀态，至于這個類型内部如何存儲這些bit則依賴于系統實作，從使用者的角度是不必關心的，使用者隻能調用以下函數來操作sigset_t變量，而不應該對它的内部資料做任何解釋，比如用printf直接列印sigset_t變量是沒有意義的。
#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);
函數sigemptyset初始化set所指向的信号集，使其中所有信号的對應bit清零，表示該信号集不包含任何有效信号。函數sigfillset初始化set所指向的信号集，使其中所有信号的對應bit置位，表示該信号集的有效信号包括系統支援的所有信号。注意，在使用sigset_t類型的變量之前，一定要調用sigemptyset或sigfillset做初始化，使信号集處于确定的狀态。初始化sigset_t變量之後就可以在調用sigaddset和sigdelset在該信号集中添加或删除某種有效信号。這四個函數都是成功傳回0，出錯傳回-1。sigismember是一個布爾函數，用于判斷一個信号集的有效信号中是否包含某種信号，若包含則傳回1，不包含則傳回0，出錯傳回-1。
sigprocmask 和 sigpending 函數
#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
傳回值：若成功則為0，若出錯則為-1
如果oset是非空指針，則讀取程序的目前信号屏蔽字通過oset參數傳出。如果set是非空指針，則更改程序的信号屏蔽字，參數how訓示如何更改。如果oset和set都是非空指針，則先将原來的信号屏蔽字備份到oset裡，然後根據set和how參數更改信号屏蔽字。假設目前的信号屏蔽字為mask，下表說明了how參數的可選值。
2、sigpending讀取目前程序的未決信号集，通過set參數傳出。調用成功則傳回0，出錯則傳回-1。
#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t *set);