深入理解Linux内核信号处理机制 (linux kernel signal)
在Linux操作系统中，信号处理机制是一个十分重要的组成部分。本文将深入探讨Linux内核信号处理机制的相关内容，包括信号的定义、信号的分类、信号的产生与传递、信号的处理、信号的控制等方面。
一、信号的定义
信号是Linux内核用于进程间通讯的一种方式。它类似于一种软件中断，用于向进程或线程发送通知，告诉它们发生了某种事件，需要采取一些措施来处理这个事件。信号本质上是一种异步事件，它可以随时发生，而不需要等待任何条件。
二、信号的分类
在Linux内核中，信号按照不同的分类方式可以分为多种类型。最常见的两种分类方式是按照信号的来源和按照信号的作用。
按照信号的来源，信号可以分为内部信号和外部信号。内部信号是由进程自身产生的信号，例如 SIGALRM 信号表示进程的定时器到期。外部信号是由操作系统或其他进程发送给当前进程的信号，例如 SIGTERM 信号表示操作系统要求当前进程终止。
按照信号的作用，信号可以分为常规信号和实时信号。常规信号的处理方式是依次执行信号处理程序，而实时信号可以排队处理，保证更高的信号处理精度。
三、信号的产生与传递
当一个进程执行期间产生一个信号时，操作系统会将信号发送给相应的进程或线程进行处理。Linux内核提供了信号处理机制来传递信号，并确保信号的正确性和可靠性。
当一个信号被产生时，内核会立即将信号的信息记录在进程的信号队列中。当进程调用 sigwt 等待一个信号时，内核会检查该进程的信号队列，并在队列中找到该信号。如果没有找到该信号，则进程将阻塞，直到该信号到达。
如果进程已经注册了信号处理程序，则内核会调用该处理程序来处理信号。处理程序可以采取多种措施来处理信号，例如打印一条消息、修改进程状态或调用其他函数等。
四、信号的处理
当一个信号被传递到进程时，内核会执行该进程注册的信号处理程序。信号处理程序可以是一个函数、一个名称或者一个指针。在信号处理程序中，可以执行多种操作，例如打印一条消息、修改进程状态或者调用其他函数等。
在信号处理程序中需要注意一些限制性条件。信号处理程序不能阻塞，否则会影响进程的正常运行。另外，信号处理程序不应该访问非本地变量，因为这些变量的值可能已被改变或失效。
五、信号的控制
Linux内核提供了多种控制信号的机制，以便进程可以根据需要来控制信号的产生和发送。常见的信号控制机制包括信号阻塞、信号屏蔽和信号处理等。
信号阻塞机制用于阻止特定信号的产生和传递。进程可以通过调用 sigprocmask 函数来设置信号阻塞掩码，以防止特定信号的处理程序被调用。
信号屏蔽机制用于限制特定时间段内可以接收到的信号数量。进程可以通过调用 sigsuspend 函数来阻塞当前进程，直到一个或多个特定的信号到达或特定的时间间隔过去。
信号处理机制用于设置信号处理程序。进程可以通过调用 sigaction 函数来设置信号处理程序，以便在特定信号触发时进行处理。
Linux内核信号处理机制是一个非常重要的组成部分，它提供了进程间通讯的一种简单而有效的方式。熟练掌握信号处理机制，可以为进程之间的通讯和进程控制等提供很大的帮助。相信读者在阅读本文后能够对Linux内核信号处理机制有一个更加深入的认识。
相关问题拓展阅读：
什么是linux kernel？有什么作用
linux系统的内核，相当于你的大脑
Linux内核（英语：Linux kernel）是一种开源的类Unix操作系统宏内核。
工作于平板电脑、智能手机及智能手表的Android操作系统同样通过Linux内核提供的服务完成自身功能。
一个计算机系统是一个硬件和软件的共生体，它们互相依赖，不可分割。计算机的硬件，含有外围设备、处理器、内存、硬盘和其他的电子设备组成计算机的发动机。但是没有软件来操作和控制它，自身是不能工作的。
完成这个控制工作的软件就称为操作系统，在Linux的术语中被称为“内核”，也可以称为“核心”。Linux内核的主要模块（或组件）分以下几个部分：存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化（引导）、系统调用等。
整个Linux操作系统家族基于该内核部署在传统计算机平台（如个人计算机和服务器，以Linux发行版的形式）和各种嵌入式平台，如路由器、无线接入点、专用小交换机、机顶盒、FTA接收器、智能电视、数字视频录像机、网络附加存储（NAS）等。
工作于平板电脑、智能手机及智能手表的Android操作系统同样通过Linux内核提供的服务完成自身功能。尽管于桌面电脑的占用率较低，基于Linux的操作系统统治了几乎从移动设备到主机的其他全部领域。截至2023年11月，世界前500台最强的超级计算机全部使用Linux。
扩展资料：
编程语言
Linux是用C语言中的GCC版（这种C语言有对标准C进行扩展）写的，还有几个用汇编语言（用的是GCC的”AT&T风格”）写的目标架构短段。因为要支持扩展的C语言，GCC在很长的时间里是唯一一个能正确编译Linux的编译器。
有许多其他的语言用在一些方面上，主要集中在内核构建过程中（这里指从源代码创建可引导镜像）。包括Perl、Python和多种脚本语言。有一些驱动可能是用C++、Fortran或其他语言写的，但是这样是强烈不建议的。
编译器兼容性
GCC是Linux内核源代码的缺省编译器。在2023年，Intel主张通过修改内核，以便Intel C++编译器能正确编译内核。在2023年，有通过修改内核2.6.22版而成功编译的报告（并带来平均8-9%性能增长）。
自从2023年，已经开始进行使用Clang建造Linux内核的努力，Clang是一个可作为替代的C语言编译器；截止2023年4月12日，官方内核几乎可以完全用Clang编译。致力于这个目标的计划叫做“LLVMLinux”，得名于Clang所基于的LLVM编译器下部构造。
LLVMLinux不意图复制Linux内核或LLVM，因此它是由最终提交给上游计划的补丁构成的一个元计划。使Linux内核可以用Clang编译更大的好处是比GCC有更快的编译速度，内核开发者可以得益于由此而来的更快的工作流程
linux kernel一般指Linux内核，它是一个基于POSIX和Unix的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统内核。
作用是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。
Linux内核的主要模块分以下几个部分：存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化（引导）、系统调用等。
扩展资料
主要特性
1、完全免费
Linux是一款免费的操作系统，用户可以通过网络或其他途径免费获得，并可以任意修改其源代码。这是其他的操作系统所做不到的。正是由于这一点，来自全世界的无数程序员参与了Linux的修改、编写工作，程序员可以根据自己的兴趣和灵感对其进行改变，这让Linux吸收了无数程序员的精华，不断壮大。
2、完全兼容POSIX1.0标准
这使得可以在Linux下通过相应的模拟器运行常见的DOS、Windows的程序。这为用户从Windows转到Linux奠定了基础。许多用户在考虑使用Linux时，就想到以前在Windows下常见的程序是否能正常运行，这一点就消除了他们的疑虑。
3、多用户、多任务
Linux支持多用户，各个用户对于自己的文件设备有自己特殊的权利，保证了各用户之间互不影响。多任务则是现代电脑最主要的一个特点，Linux可以使多个程序同时并独立地运行。
4、支持多种平台
Linux可以运行在多种硬件平台上，如具有x86、680×0、SPARC、Alpha等处理器的平台。此外Linux还是一种嵌入式操作系统，可以运行在掌上电脑、机顶盒或游戏机上。
linux kernel 是linux内核的意思 主要起到完成IO驱动设备管理,TCP/IP,以及任务调度
Linux进程间通信
linux下进程间通信的几种主要手段简介：
一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。
实例1：用袜森于shell
管道可用于输入输出重定向，它将一个命令的输出直接定向到另一个命令的输入。比如，当在某个shell程序（Bourne shell或C shell等）键入who│wc -l后，相应shell程序将创建who以及wc两个进程和这两个进程间的管道。
实例二：用于具有亲缘关系的进程间通信
管道的主要局限性正体现在它的特点上：
有名管道的创建
小结：
管道常用于两个方面：（1）在shell中时常会用到管道（作为输入输入的重定向），在这种应用方式下，管道的创建对于用户来说是透明的；（2）用于具有亲缘关系的进程间通信，用户自己创建管道，并完成读写操作。
FIFO可以说是管道的推广，克服了管道无名字的限制，使得无亲缘关系的进程同样可以采用先进先出的通信机制进行通信。
管道和FIFO的数据是字节流，应用程序之间必须事先确定特定的传输”协议”，采用传播具有特定意义的消息。
要灵活应用管道及FIFO，理解它们的读写规则是关键。
信号生命周期
信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，可以看作是异步通知，通知接收信号的进程有哪些事情发生了。信号机制经过POSIX实时扩展后，功能更加强大，除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。
可以从两个不同的分类角度对信号进行分类：（1）可靠性方面：可靠信号与不可靠信号；（2）与时间的关系上：实时信号与非实时信号。
(1) 可靠信号与不可靠信号
不可靠信号 ：Linux下的不可靠信号问题主要指的是信号可能丢失。
可靠信号 ：信号值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之间的信号都是可靠信号，可靠信号克服了信号可能丢失的问题。Linux在支持新版本的信号安装函数sigation（）以及信号发送函数sigqueue()的同时，仍然支持早期的signal（）信号安装函数，支持信号发送函数kill()。
对于目前linux的两个信号安装函数:signal()及sigaction()来说，它们都不能把SIGRTMIN以前的信号变成可靠信号（都不支持排队，仍有可能丢失，仍然是不可靠信号），而且对SIGRTMIN以后的信号都支持排队。这两个函数的更大区别在于，经过sigaction安装的信号都能传递信息给信号处理函数（对所有信号这一点都成立），而经过signal安装的信号却不能向信号处理函数传递信息。对于信号发送函数来说也是一样的。
(2) 实时信号与非实时信号
前32种信号已经有了预定义值，每个信号有了确定的用途及含义，并且每种信号都有各自的缺省动作。如按键盘的CTRL ^C时，会产生SIGINT信号，对该信号的默认反应就是进程终止。后32个信号表示实时信号，等同于前面阐述的可靠信号。这保证了发送的多个实时信号都被接收。实时信号是POSIX标准的一部分，可用于应用进程。非实时信号都不支持排队，都是不可靠信号；实时信号都支持排队，都是可靠信号。
发送信号的主要函数有：kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。
调用成功返回 0；否则，返回 -1。
sigqueue()是比较新的发送信号态好袭系统调用，主要是针对实时信号提出的（当然也支持前32种），支持信号带有参数，与函数sigaction()配合使用。
sigqueue的之一个参数是指定接收信号的进程ID，第二个参数确定即将发送的信号，第三个参数是一个联合数据结构union sigval，指定了信号传递的参数，即通常所说的4字节值。
sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一个进程发送信号。sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一个进程发送信号。
inux主要有两个函数实现信号的安装：
signal()
、
sigaction()
。其中signal()在可靠信号系统调用的基础上实现, 是库函数。它只有两个参数，不支持信号传递信息，帆兄主要是用于前32种非实时信号的安装；而sigaction()是较新的函数（由两个系统调用实现：sys_signal以及sys_rt_sigaction），有三个参数，支持信号传递信息，主要用来与 sigqueue() 系统调用配合使用，当然，sigaction()同样支持非实时信号的安装。sigaction()优于signal()主要体现在支持信号带有参数。
消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以向中按照一定的规则添加新消息；对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读走消息。消息队列是随内核持续的
消息队列的内核持续性要求每个消息队列都在系统范围内对应唯一的键值，所以，要获得一个消息队列的描述字，只需提供该消息队列的键值即可；
消息队列与管道以及有名管道相比，具有更大的灵活性，首先，它提供有格式字节流，有利于减少开发人员的工作量；其次，消息具有类型，在实际应用中，可作为优先级使用。这两点是管道以及有名管道所不能比的。同样，消息队列可以在几个进程间复用，而不管这几个进程是否具有亲缘关系，这一点与有名管道很相似；但消息队列是随内核持续的，与有名管道（随进程持续）相比，生命力更强，应用空间更大。
信号灯与其他进程间通信方式不大相同，它主要提供对进程间共享资源访问控制机制。相当于内存中的标志，进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源，同时，进程也可以修改该标志。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。信号灯有以下两种类型：
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); semid是信号灯集ID，sops指向数组的每一个sembuf结构都刻画一个在特定信号灯上的操作。
int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)
该系统调用实现对信号灯的各种控制操作，参数semid指定信号灯集，参数cmd指定具体的操作类型；参数semnum指定对哪个信号灯操作，只对几个特殊的cmd操作有意义；arg用于设置或返回信号灯信息。
进程间需要共享的数据被放在一个叫做IPC共享内存区域的地方，所有需要访问该共享区域的进程都要把该共享区域映射到本进程的地址空间中去。系统V共享内存通过shmget获得或创建一个IPC共享内存区域，并返回相应的标识符。内核在保证shmget获得或创建一个共享内存区，初始化该共享内存区相应的shmid_kernel结构注同时，还将在特殊文件系统shm中，创建并打开一个同名文件，并在内存中建立起该文件的相应dentry及inode结构，新打开的文件不属于任何一个进程（任何进程都可以访问该共享内存区）。所有这一切都是系统调用shmget完成的。
shmget（）用来获得共享内存区域的ID，如果不存在指定的共享区域就创建相应的区域。shmat()把共享内存区域映射到调用进程的地址空间中去，这样，进程就可以方便地对共享区域进行访问操作。shmdt()调用用来解除进程对共享内存区域的映射。shmctl实现对共享内存区域的控制操作。这里我们不对这些系统调用作具体的介绍，读者可参考相应的手册页面，后面的范例中将给出它们的调用方法。
注：shmget的内部实现包含了许多重要的系统V共享内存机制；shmat在把共享内存区域映射到进程空间时，并不真正改变进程的页表。当进程之一次访问内存映射区域访问时，会因为没有物理页表的分配而导致一个缺页异常，然后内核再根据相应的存储管理机制为共享内存映射区域分配相应的页表。
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