Linux信号与golang中的捕获处理

什么是信号

在计算机科学中，信号是Unix、类Unix以及其他POSIX兼容的操作系统中进程间通讯的一种有限制的方式。它是一种异步的通知机制，用来提醒进程一个事件已经发生。

当一个信号发送给一个进程，操作系统中断了进程正常的控制流程，如果进程定义了对信号的处理，此时，程序将进入捕获到的信号对应的处理函数，否则执行默认的处理函数。

Linux中信号的介绍

在Linux系统共定义了64种信号，分为两大类：实时信号与非实时信号，1-31为非实时，32-64种为实时信号。

• 非实时信号： 也称为不可靠信号，为早期Linux所支持的信号，不支持排队，信号可能会丢失, 比如发送多次相同的信号, 进程只能收到一次. 信号值取值区间为1~31；
• 实时信号： 也称为可靠信号，支持排队, 信号不会丢失, 发多少次, 就可以收到多少次. 信号值取值区间为32~64

Linux操作系统中，在终端上执行 kill -l 便可看到系统定义的所有信号

信号表

POSIX.1-1990标准信号

此表参考自：POSIX信号

信号	值	动作	说明
SIGHUP	1	Term	终端控制进程结束(终端连接断开)
SIGINT	2	Term	用户发送INTR字符(Ctrl+C)触发
SIGQUIT	3	Core	用户发送QUIT字符(Ctrl+/)触发
SIGILL	4	Core	非法指令(程序错误、试图执行数据段、栈溢出等)
SIGABRT	6	Core	调用abort函数触发
SIGFPE	8	Core	算术运行错误(浮点运算错误、除数为零等)
SIGKILL	9	Term	无条件结束程序(不能被捕获、阻塞或忽略)
SIGSEGV	11	Core	无效内存引用(试图访问不属于自己的内存空间、对只读内存空间进行写操作)
SIGPIPE	13	Term	消息管道损坏(FIFO/Socket通信时，管道未打开而进行写操作)
SIGALRM	14	Term	时钟定时信号
SIGTERM	15	Term	结束程序(可以被捕获、阻塞或忽略)
SIGUSR1	30,10,16	Term	用户保留
SIGUSR2	31,12,17	Term	用户保留
SIGCHLD	20,17,18	Ign	子进程结束(由父进程接收)
SIGCONT	19,18,25	Cont	继续执行已经停止的进程(不能被阻塞)
SIGSTOP	17,19,23	Stop	停止进程(不能被捕获、阻塞或忽略)
SIGTSTP	18,20,24	Stop	停止进程(可以被捕获、阻塞或忽略)
SIGTTIN	21,21,26	Stop	后台程序从终端中读取数据时触发
SIGTTOU	22,22,27	Stop	后台程序向终端中写数据时触发

更多的信号说明请查阅man7

此表的操作为每个信号的默认配置，如下所示

动作	说明
Term	默认操作是，终止进程。
Ign	默认操作是，忽略信号。
Core	默认操作是，终止该进程并核心转储
Stop	默认操作是，停止进程。
Cont	默认操作是，如果当前已停止，则继续该进程。

信号的产生

​信号是事件发生时对进程的通知机制。信号中断与硬件中断的相似之处在于打断了程序执行的正常流程。

信号事件的来源分为软件信号和硬件信号：

• 硬件信号： 用户输入：比如在终端上按下组合键ctrl+C，产生SIGINT信号；硬件异常：CPU检测到内存非法访问等异常，通知内核生成相应信号，并发送给发生事件的进程；
• 软件信号： 通过系统调用： 如，发送signal信号：kill，raise等。

发送的信号

• Ctrl-C 发送 INT signal (SIGINT)，通常导致进程结束
• Ctrl-Z 发送 TSTP signal (SIGTSTP); 通常导致进程挂起(suspend)
• Ctrl-\ 发送 QUIT signal (SIGQUIT); 通常导致进程结束 和 dump core.

信号的处理

内核处理进程收到的signal是在当前进程的上下文，故进程必须是Running状态。当进程唤醒或者调度后获取CPU，则会从内核态转到用户态时检测是否有signal等待处理，处理完，进程会把相应的未决信号从链表中去掉。

signal信号处理时机： 内核 ==> 信号处理 ==> 用户

1. 内核态：在内核态，signal信号不起作用；
2. signal信号处理: 在用户态，signal所有未被屏蔽的信号都处理完毕；当屏蔽信号，取消屏蔽时，会在下一次内核转用户态的过程中执行；

信号处理方式

进程对信号的处理方式有3种：

• 默认 接收到信号后按默认的行为处理该信号。 这种方式为多数应用采取的处理方式。
• 自定义处理 用自定义的信号处理函数来执行特定的动作
• 忽略忽略信号 接收到信号后不做任何反应。

对信号的处理动作：

• Term： 中止进程
• Ign： 忽略信号
• Core： 中止进程并保存内存信息
• Stop： 停止进程
• Cont： 继续运行进程

Linux信号命令

kill

kill命令用来终止指定的进程, 对于一个后台进程就须用kill命令来终止，我们就需要先使用ps/pidof/pstree/top等工具获取进程PID，然后使用kill命令来杀掉该进程。

命令格式

kill[参数] [进程id]

命令参数

-l 信号，若果不加信号的编号参数，则使用“-l”参数会列出全部的信号名称

-a 当处理当前进程时，不限制命令名和进程号的对应关系

-p 指定kill 命令只打印相关进程的进程号，而不发送任何信号

-s 指定发送信号

-u 指定用户

killall

Linux系统中的killall用于杀死指定名字的进程（kill processes by name）。我们可以使用kill命令杀死指定进程PID的进程，如果要找到我们需要杀死的进程，我们还需要在之前使用ps等命令再配合grep来查找进程，而killall把这两个过程合二为一，是一个很好用的命令。

命令格式

killall[参数] [进程名]

命令参数

-I 忽略小写

-a 当处理当前进程时，不限制命令名和进程号的对应关系

-i 交互模式，杀死进程前先询问用户

-s 发送指定的信号

-w 等待进程死亡

-e 要求匹配进程名称

PKILL

pkill 与 killall 使用方法类似，用于杀死指定名称的进程

Go语言中的Signal的使用

在Go语言中，处理信号仅需要3个步骤即可完成对信号的处理

• 信号的接收： signalChan := make(chan os.Signal,1)
• 信号的监听捕获： signal.Notify(signalChan)
• 信号的触发： signal := <-signalChan

注意事项：

• SIGKILL kill -9和SIGSTOP kill -19 信号可能不会被Notify方法捕获，因此无法处理这些信号。
• 如果在Notify方法中没有指定信号作为参数，那么该方法将捕获所有的信号。

在Go语言中的Signal的处理

在某些场景下，如，在大量并发及，批量处理未完成时，此时需要在Go程序中处理Signal信号，比如收到SIGTERM信号后优雅的关闭程序。

实例：在一个计算场景下，有5个goroutine在处理业务，当收到 kill -15时计算完成后退出程序， kill -4不做处理。

package main

import (
	"fmt"
	"os"
	"os/signal"
	"sync"
	"syscall"
	"time"
)

var wg sync.WaitGroup

func exitProcess() {
	fmt.Println("等待进程完成")
	wg.Wait()
	fmt.Println("进程退出")
}

func process(n int) {
	i := n
	for {
		fmt.Println("process", n, ":", i)
		if i > 100 {
			break
		}
		time.Sleep(time.Second)
		i++
	}
	fmt.Println("process", n, "finnshed")
	defer wg.Done()
}

func main() {
	signals := make(chan os.Signal, 1)
	done := make(chan bool, 1)

	signal.Notify(signals, syscall.SIGILL, syscall.SIGTERM)

	go func() {
		for signal := range signals {
			switch signal {
			case syscall.SIGTERM, syscall.SIGQUIT:
				fmt.Println("kill -15 进程退出")
				exitProcess()
			case syscall.SIGILL:
				fmt.Println("kill -4")
			}
		}
		done <- true
	}()

	wg.Add(5)
	for n := 0; n < 10; n++ {
		go process(n)
	}

	fmt.Println("waiting signal...")
	wg.Wait()
	fmt.Println("exiting")
}

收到kill -4 信号打印kill -4

收到kill -15 信号后，带程序处理完成后退出

Go进程间通讯