Linux 进程信号（上）：信号产生方式与闹钟机制

注意，有些信号是不能被捕捉或忽略的，比如 9 号信号 SIGKILL。这是为了防止用户误操作导致无法终止进程。另外，6 号信号 SIGABRT 虽然可以注册处理器，但最终仍会导致进程异常终止。

2. 信号的产生方式

让操作系统给目标进程写入信号，必须经过 OS 权限验证。信号的产生主要有以下几种途径：

2.1 常见产生方式

1. 系统命令：使用 kill 命令向指定 PID 发送信号。

   kill -2 [pid]
   

2. 键盘输入：组合键如 Ctrl+C 会触发终端驱动产生中断，OS 将其转换为信号发送给前台进程组。
3. 系统调用：程序内部调用 kill()、raise() 或 abort() 主动发送信号。
   • raise()：自己给自己发信号。
   • abort()：发送 6 号信号，用于异常终止并生成 Core Dump。
4. 硬件/软件异常：如除零错误会触发 SIGFPE，非法内存访问触发 SIGSEGV（11 号信号）。
5. 定时器到期：如 alarm() 设置的闹钟时间到，发送 SIGALRM。

2.2 键盘输入与进程组

键盘本身是硬件，它通过中断通知 CPU 有数据输入。操作系统解释快捷键（如 Ctrl+C）后，需要知道发给谁。这就涉及到了进程组和会话的概念。

• 进程组：一组相关进程的集合，通常由同一个 Shell 启动。
• 会话（Session）：包含一个或多个进程组，拥有独立的终端文件。
• 前台与后台：在一个会话中，同一时刻只能有一个进程组处于前台，能接收键盘输入。后台进程无法读取终端输入，一旦尝试会被暂停。

当你按 Ctrl+C 时，OS 只会把信号发送给当前会话中的前台进程组。这就是为什么后台进程（如 sleep 100 &）不会被 Ctrl+C 杀死，除非使用 kill -9 强制终止。

2.3 Alarm：设置闹钟

alarm() 函数用于设置一个一次性定时器，超时后向进程发送 SIGALRM 信号。它的返回值很有讲究：如果之前已经设置了闹钟，新调用会返回剩余时间；如果设为 0，则取消闹钟。

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

volatile int counter = 0;

void alarm_handler(int sig) {
    printf("Alarm triggered! Counter: %d\n", counter++);
    // 重新设置闹钟以实现周期性触发
    alarm(2); 
}

int main() {
    signal(SIGALRM, alarm_handler);
    alarm(2); // 启动第一个闹钟
    
    while(1) {
        pause(); // 等待信号
    }
    return 0;
}

这里有个关键点：alarm 是一次性的。如果想实现周期性效果，必须在信号处理函数中再次调用 alarm()。如果在主循环中直接调用，上一个闹钟还没响就被覆盖了，导致后续收不到信号。

2.4 应用场景：看门狗

利用 alarm 和共享内存，可以实现简单的看门狗机制。一个进程定期'喂狗'重置计数器，另一个进程监控计数器，若超时未重置则执行关机或重启操作。

// 看门狗进程示例
void watchdog_handler(int signum) {
    (*counter)--;
    if(*counter <= 0) {
        system("shutdown -h now");
        exit(0);
    }
    alarm(1); // 重置计时
}

这种机制常用于守护进程的健康检查，确保服务在长时间运行后依然存活。

信号机制是 Linux 进程间通信和异常处理的核心基础。理解其产生方式、处理流程以及与其他机制（如进程组、定时器）的配合，对于编写健壮的系统级程序至关重要。