Сигнал (Unix)

Сигнал в операционных системах семейства Unix — асинхронное уведомление процесса о каком-либо событии, один из основных способов взаимодействия между процессами. Когда сигнал послан процессу, операционная система прерывает выполнение процесса, при этом, если процесс установил собственный обработчик сигнала, операционная система запускает этот обработчик, передав ему информацию о сигнале, если процесс не установил обработчик, то выполняется обработчик по умолчанию.

Названия сигналов «SIG…» являются числовыми константами (макроопределениями Си) со значениями, определяемыми в заголовочном файле signal.h. Числовые значения сигналов могут меняться от системы к системе, хотя основная их часть имеет в разных системах одни и те же значения. Утилита kill позволяет задавать сигнал как числом, так и символьным обозначением.

Спецификация сигналов включена в стандарты POSIX.

Посылка сигналов

Сигналы посылаются:

• из терминала, нажатием специальных клавиш или комбинаций (например, нажатие Ctrl-C генерирует SIGINT, Ctrl-\ SIGQUIT, а Ctrl-Z SIGTSTP);
• ядром системы:
  • при возникновении аппаратных исключений (недопустимых инструкций, нарушениях при обращении в память, системных сбоях и т. п.);
  • ошибочных системных вызовах;
  • для информирования о событиях ввода-вывода;
• одним процессом другому (или самому себе), с помощью системного вызова kill(), в том числе:
  • из shell, утилитой /bin/kill.

Сигналы не могут быть посланы завершившемуся процессу, находящемуся в состоянии «зомби».

Обработка сигналов

Обработчик по умолчанию для большинства сигналов завершает выполнение процесса. Для альтернативной обработки всех сигналов, за исключением SIGKILL и SIGSTOP, процесс может назначить свой обработчик или игнорировать их возникновение модификацией своей сигнальной маски. Единственное исключение — процесс с pid 1 (init), который имеет право игнорировать или обрабатывать любые сигналы, включая KILL и STOP.

Безопасность

Процесс (или пользователь из оболочки) с эффективным UID, не равным 0 (UID суперпользователя), может посылать сигналы только процессам с тем же UID.

Классификация сигналов

POSIX определяет 28 сигналов, которые можно классифицировать следующим образом:

Название	Код	Действие по умолчанию	Описание	Тип
SIGABRT	6	Завершение с дампом памяти	Сигнал, посылаемый функцией abort()	Управление
SIGALRM	14	Завершение	Сигнал истечения времени, заданного alarm()	Уведомление
SIGBUS	10	Завершение с дампом памяти	Неправильное обращение в физическую память	Исключение
SIGCHLD	18	Игнорируется	Дочерний процесс завершен или остановлен	Уведомление
SIGCONT	25	Продолжить выполнение	Продолжить выполнение ранее остановленного процесса	Управление
SIGFPE	8	Завершение с дампом памяти	Ошибочная арифметическая операция	Исключение
SIGHUP	1	Завершение	Закрытие терминала	Уведомление
SIGILL	4	Завершение с дампом памяти	Недопустимая инструкция процессора	Исключение
SIGINT	2	Завершение	Сигнал прерывания (Ctrl-C) с терминала	Управление
SIGKILL	9	Завершение	Безусловное завершение	Управление
SIGPIPE	13	Завершение	Запись в разорванное соединение (пайп, сокет)	Уведомление
SIGQUIT	3	Завершение с дампом памяти	Сигнал «Quit» с терминала (Ctrl-\)	Управление
SIGSEGV	11	Завершение с дампом памяти	Нарушение при обращении в память	Исключение
SIGSTOP	23	Остановка процесса	Остановка выполнения процесса	Управление
SIGTERM	15	Завершение	Сигнал завершения (сигнал по умолчанию для утилиты kill)	Управление
SIGTSTP	20	Остановка процесса	Сигнал остановки с терминала (Ctrl-Z).	Управление
SIGTTIN	26	Остановка процесса	Попытка чтения с терминала фоновым процессом	Управление
SIGTTOU	27	Остановка процесса	Попытка записи на терминал фоновым процессом	Управление
SIGUSR1	16	Завершение	Пользовательский сигнал № 1	Пользовательский
SIGUSR2	17	Завершение	Пользовательский сигнал № 2	Пользовательский
SIGPOLL	22	Завершение	Событие, отслеживаемое poll()	Уведомление
SIGPROF	29	Завершение	Истечение таймера профилирования	Отладка
SIGSYS	12	Завершение с дампом памяти	Неправильный системный вызов	Исключение
SIGTRAP	5	Завершение с дампом памяти	Ловушка трассировки или брейкпоинт	Отладка
SIGURG	21	Игнорируется	На сокете получены срочные данные	Уведомление
SIGVTALRM	28	Завершение	Истечение «виртуального таймера»	Уведомление
SIGXCPU	30	Завершение с дампом памяти	Процесс превысил лимит процессорного времени	Исключение
SIGXFSZ	31	Завершение с дампом памяти	Процесс превысил допустимый размер файла	Исключение

Также есть сигналы, не определённые в POSIX, но присутствующие на некоторых операционных системах.

• SIGEMT
• SIGINFO. Посылается процессу, когда запрос статуса (info) получен от управляющего терминала.
• SIGPWR
• SIGLOST
• SIGWINCH
• SIGSTKFLT
• SIGUNUSED
• SIGCLD

При обработке исключений и отладочных сигналов перед завершением процесс может записать в текущий каталог файл с дампом памяти процесса (англ. core image), используя который, отладчик может восстановить условия, при которых возникло данное исключение. Иногда (например, для программ, выполняемых от имени суперпользователя) дамп памяти не создаётся из соображений безопасности.

SA_SIGINFO

Обычно обработчик сигнала получает только один аргумент — номер сигнала (это позволяет использовать одну функцию-обработчик для нескольких сигналов). Если при задании обработчика сигнала (функцией sigaction()) указать опцию SA_SIGINFO, то в обработчик будут переданы ещё два аргумента:

1. указатель на структуру siginfo_t, включающую:
   • битовую маску дополнительных «кодов сигнала», определяющих причину его возникновения;
   • идентификатор процесса (PID), пославшего сигнал;
   • эффективный идентификатор пользователя (UID), от имени которого выполняется процесс (например, утилита kill), пославший сигнал;
   • адрес инструкции, в которой возникло исключение;
   • и т. п.
2. указатель на «машинный контекст» на момент возникновения сигнала (со «стеком сигнала» — дополнительными данными, которые помещаются в стек при вызове некоторых сигналов-исключений).

Большинство дополнительных кодов специфичны для каждого сигнала. Коды, общие для всех сигналов:

Код	Описание
SI_USER	Сигнал послан функцией kill() (или утилитой kill)
SI_QUEUE	Сигнал послан функцией sigqueue()
SI_TIMER	Сигнал послан по истечении времени, установленного функцией timer_settime()
SI_ASYNCIO	Сигнал послан по завершении запроса на «асинхронный ввод-вывод»
SI_MESGQ	Сигнал послан по появлению сообщения в пустой «очереди сообщений Unix»

Ссылки

• Signal Concepts (англ.) — Концепция сигналов (IEEE Std 1003.1, 2004 Edition)
• signal.h (англ.) — Описание структур и констант, связанных с сигналами (IEEE Std 1003.1, 2004 Edition)
• Правила использования сигналов в Unix (рус.) — «Правила использования сигналов в Unix» (Сообщение в конференции RU.UNIX.PROG)