信号

信号和信号量

信号量（ Semaphore ） —— 实现进程间的同步、互斥

信号（ Signal ） —— 实现进程间通信（ IPC ， Inter Process Communication ）

考研大纲将信号定义为一种进程间的通信方式

信号的作用

信号（ signal ）：用于通知进程某个特定事件已经发生。进程收到一个信号后，对该信号进行处理

注意

1. 不同的操作系统对信号类型的定义不一样
2. 通常用宏定义常量表示信号名，如：#define SIGINT 2

信号的实现原理

发送与保存

在进程 PCB 中通常会维护一张位向量表，用于表示当前未处理的信号

其结构大概如此：

一个信号类型对应的一个待处理信号 / 被阻塞信号占 1 位

信号类型	1	2	3	4	5	6	7	……
待处理信号 pending	0	0	0	0	0	0	0	……
被阻塞信号 blocked	0	0	0	0	0	1	1	……

blocked 也可以被称为信号掩码，对应信号位为 1 代表该进程阻塞（屏蔽）该种信号，表格中为 6 、 7 号信号被屏蔽
进程可以通过系统调用来设置信号掩码

用户进程和内核进程都可以使用 int kill(pid_t pid, int sig) 来向用户进程发送信号，但用户进程发送的信号类型是有限制的

• pid ：进程 ID
• sig ：信号类型

向对应进程发送该指令，该进程会将向量表内的 pending 对应信号位设置为 1

如果多个 kill 指令到达同一个进程，该进程只会记录一次，后续的 kill 指令不会再改变 pending 位

处理

• 何时处理信号

当进程从内核态转为用户态时（如：系统调用返回、或中断处理返回时），例行检查是否有待处理信号，如果有，就处理信号

• 处理哪种信号

在处理信号前，先检查信号是否被阻塞

将 blocked 位向量取出全部取反，与 pending 位进行与操作，对于结果为 1 的位对应的信号进行处理，其他则处理

用上面的例子解释：

1. 假设某进程向该进程传递 1 和 7 号信号
2. 该进程的 blocked 位向量为 0000011，pending 位为 1000001
3. blocked 取反后为 1111100
4. 与 pending 位进行与操作，1111100 & 1000001 = 1000000
5. 结果为 1000000
6. 因此，该进程会调用对应处理 1 号信号的方法处理 1 号信号

• 如何处理信号

① 执行操作系统为此类信号设置的缺省（默认）信号处理程序（某些信号默认忽略，不作处理）

② 执行进程为此类信号设置用户自定义信号处理程序（自定义信号处理程序将覆盖 ① ）

• 信号处理程序运行结束后，通常会返回进程的下一条指令继续执行（除非信号处理程序将进程阻塞或终止）

• 一旦处理了某个信号，就将 pending 位重置为 0

• 重复收到的同类信号，将被简单地丢弃（因为仅有 1 bit 记录一类待处理信号）
  当同时收到多个不同类信号时，通常先处理序号更小的信号

各个进程的信号处理有何区别？

• 对信号的阻塞不同

• 对信号的自定义处理不同

• 各自对信号的处理互相独立不受影响

信号和异常的关系

“信号”可以作为“异常”的配套机制，让进程对操作系统的异常处理进行补充

在进程运行过程中，某些特殊事件可能引发“异常”，操作系统内核负责捕获并处理异常

• 有些异常可以由内核完成全部处理（如：缺页异常），此时就不必再使用信号机制。

• 有些异常无法由内核完成全部处理，可能还需要用户进程配合，此时就可以用“信号机制”与“异常机制”相互配合（如：在 Linux 中，发生除以 0 异常时，内核的异常处理程序会向用户进程发送 SIGFPE 信号。SIGFPE 信号的默认处理程序会将进程终止并转储内存；当然进程可以自定义 SIGFPE 信号处理程序）

注意

有些信号不允许用户进程自定义处理程序，也不能被阻塞，如：

• SIGKILL
• SIGSTOP