信号（IPC）

シグナルは、終了やエラー処理などの特定の動作をトリガーするために実行中のプログラムに送信される標準化されたメッセージです。シグナルはプロセス間通信(IPC)の限定された形式であり、通常はUnix、Unix ライクな、およびその他のPOSIX準拠のオペレーティング システムで使用されます。

シグナルは、プロセスまたは同じプロセス内の特定のスレッドにイベントを通知するために送信される非同期通知です。シグナルの一般的な用途は、プロセスの中断、一時停止、終了、または強制終了です。シグナルは 1970 年代のBell Labs Unix で始まり、後にPOSIX標準で指定されました。

シグナルが送信されると、オペレーティング システムはターゲット プロセスの通常の実行フローを中断してシグナルを送信します。実行は、非アトミック命令の実行中に中断される可能性があります。プロセスが以前にシグナル ハンドラーを登録している場合は、そのルーチンが実行されます。それ以外の場合は、デフォルトのシグナル ハンドラーが実行されます。

シグナルはアルゴリズムの効率性に優れているため、組み込みプログラムでは、シグナルがプロセス間通信に役立つ場合があります。

シグナルは割り込みと似ていますが、割り込みはCPUによって仲介されカーネルによって処理されるのに対し、シグナルはカーネルによって仲介され（システムコール経由の場合もあります）、個々のプロセスによって処理される点が異なります。^[要出典]カーネルは割り込みをシグナルとして、その原因となったプロセスに渡すことがあります（代表的な例としては、 SIGSEGV、SIGBUS、 SIGILL 、 SIGFPE などがあります）。

• バージョン 1 Unix (1971) には、割り込み、終了、マシン トラップをキャッチするための個別のシステム コールがありました。
• killはバージョン2（1972年）に登場しました。
• バージョン 4 (1973) では、すべてのトラップが 1 つの呼び出し (シグナル)に統合されました。
• バージョン5（1974年）では任意の信号を送信できました。^[1]
• バージョン 7 (1979)では、番号の付いた各トラップに象徴的な名前が付けられました。
• ベル研究所のPlan 9（80年代後半）は信号を音符に置き換え、短い任意の文字列を送信できるようにしました。^[2]

kill (2)システムコールは、権限が許せば、指定されたプロセスに指定されたシグナルを送信します。同様に、kill(1)コマンドを使用すると、ユーザーはプロセスにシグナルを送信できます。raise (3)ライブラリ関数は、指定されたシグナルを現在のプロセスに送信します。

ゼロ除算、セグメンテーション違反(SIGSEGV)、浮動小数点例外 (SIGFPE)などの例外が発生すると、コア ダンプが生成され、プログラムが終了します。

カーネルは、プロセスにイベントを通知するシグナルを生成できます。たとえば、プロセスがリーダーによって閉じられたパイプに書き込むと、SIGPIPE が生成されます。デフォルトでは、これによってプロセスが終了するため、シェル パイプラインを構築するときに便利です。

実行中のプロセスの制御端末で特定のキーの組み合わせを入力すると、システムは特定の信号を送信します。^[3]

• Ctrl-C (古い Unix では DEL) は INT シグナル ("割り込み"、SIGINT) を送信します。デフォルトでは、これによってプロセスが終了します。
• Ctrl-ZはTSTPシグナル（「ターミナル停止」、SIGTSTP）を送信します。デフォルトでは、これによりプロセスの実行が中断されます。^[4]
• Ctrl-\ はQUIT シグナル (SIGQUIT) を送信します。デフォルトでは、これによりプロセスが終了し、コアがダンプされます。
• Ctrl-T（すべてのUNIXでサポートされているわけではない）はINFOシグナル（SIGINFO）を送信します。デフォルトでは、コマンドでサポートされている場合は、オペレーティングシステムが実行中のコマンドに関する情報を表示します。^[5]

最新のオペレーティング システムでのこれらのデフォルトのキーの組み合わせは、 sttyコマンドを使用して変更できます。

シグナル ハンドラは、signal(2)またはsigaction(2)システム コールを使用してインストールできます。特定のシグナルに対してシグナル ハンドラがインストールされていない場合は、デフォルトのハンドラが使用されます。それ以外の場合は、シグナルがインターセプトされ、シグナル ハンドラが呼び出されます。プロセスは、ハンドラを作成せずに、シグナルを無視する (SIG_IGN) と、デフォルトのシグナル ハンドラを使用する (SIG_DFL) という 2 つのデフォルトの動作を指定することもできます。インターセプトして処理できないシグナルが 2 つあります。SIGKILL とSIGSTOPです。

シグナル処理は競合状態に対して脆弱です。シグナルは非同期であるため、シグナル処理ルーチンの実行中に別のシグナル（同じタイプであっても）がプロセスに配信される可能性があります。

sigprocmask (2)呼び出しは、シグナルの配信をブロックおよびブロック解除するために使用できます。ブロックされたシグナルは、ブロック解除されるまでプロセスに配信されません。無視できないシグナル (SIGKILL および SIGSTOP) はブロックできません。

シグナルにより、進行中のシステム コールが中断され、非透過的な再起動の管理がアプリケーションに任される可能性があります。

シグナルハンドラは、望ましくない副作用、例えばerrno の変更、シグナルマスクの変更、シグナル処理の変更、その他のグローバルプロセス属性の変更を引き起こさない方法で記述する必要があります。シグナルハンドラ内でmallocやprintf などの非再入可能関数を使用することも安全ではありません。特に、POSIX 仕様と Linux マニュアルページsignal(7)では、シグナル関数から直接的または間接的に呼び出されるすべてのシステム関数が非同期シグナルに対して安全であることが要求されています。^{[6] [7]} signal -safety(7)マニュアルページには、このような非同期シグナルに対して安全なシステム関数 (実際にはシステムコール)のリストが記載されています。そうでない場合は、未定義の動作になります。^[8]シグナルハンドラで単に変数を設定し、他の場所でテストすることをお勧めします。 ^[9]volatile sig_atomic_t

シグナル ハンドラは、代わりにシグナルをキューに入れて、すぐに戻ることができます。メイン スレッドは、イベント ループなどでシグナルがキューから取得されるまで、「中断されることなく」続行します。ここでの「中断されない」とは、ブロックされた操作が途中で戻り、前述のように再開する必要があることを意味します。シグナルは、非同期性の問題が再び発生するワーカー プールではなく、メイン スレッドのキューから処理する必要があります。ただし、キューの管理は、 sig_atomic_tのみでは非同期シグナルに対して安全な方法では不可能です。これは、そのような変数に対する単一の読み取りと書き込みのみがアトミックであることが保証され、キューに必要な増分または (フェッチと) デクリメントがアトミックであることが保証されないためです。したがって、事実上、 sig_atomic_tでは、処理されるまで ハンドラごとに 1 つのシグナルのみが安全にキューに入れられます。

プロセスの実行によって、たとえばプロセスがゼロ除算を試みたり、ページ フォールトが発生したりした場合、ハードウェア例外が生成されることがあります。

Unix 系オペレーティング システムでは、このイベントはプロセッサコンテキストを自動的に変更し、カーネル 例外ハンドラの実行を開始します。ページ フォールトなどの例外が発生した場合、カーネルはイベント自体を完全に処理し、プロセスの実行を再開するのに十分な情報を持っています。

ただし、その他の例外についてはカーネルはインテリジェントに処理できないため、例外処理操作を障害が発生したプロセスに延期する必要があります。この延期はシグナル メカニズムによって実現され、カーネルは現在の例外に対応するシグナルをプロセスに送信します。たとえば、プロセスがx86 CPU上で整数のゼロ除算を試行すると、除算エラー例外が生成され、カーネルはSIGFPEシグナルをプロセスに送信します。

同様に、プロセスが仮想アドレス空間外のメモリ アドレスにアクセスしようとした場合、カーネルはSIGSEGV (セグメンテーション違反信号) を介してこの違反をプロセスに通知します。例外の種類はアーキテクチャによって異なるため、信号名と例外の正確なマッピングは CPU によって異なります。

以下のリストは、Single Unix 仕様で指定されているシグナルを文書化したものです。すべてのシグナルは、<signal.h>ヘッダー ファイルでマクロ定数として定義されています。マクロ定数の名前は、「SIG」というプレフィックスと、それに続くシグナルのニーモニック名で構成されます。

プロセスは、着信 POSIX シグナルの処理方法を定義できます。プロセスがシグナルの動作を定義していない場合は、そのシグナルのデフォルトのハンドラーが使用されます。次の表は、 FreeBSD、OpenBSD、Linuxなどの POSIX 準拠の UNIX システムのデフォルトのアクションの一部を示しています。

携帯番号:

ほとんどのシグナルでは、対応するシグナル番号は実装によって定義されます。この列にはPOSIX標準で指定された番号がリストされています。^[10]

アクションの説明:

終了 – プロセスの異常終了。プロセスは、wait() および waitpid() に提供されるステータスが指定されたシグナルによる異常終了を示すことを除き、_exit() のすべての結果で終了します。

終了 (コア ダンプ)  – プロセスの異常終了。さらに、コア ファイルの作成など、実装定義の異常終了アクションが発生する場合があります。

無視 – 信号を無視します。

停止 – プロセスを停止 (または一時停止) します。

続行 – プロセスが停止している場合は続行します。それ以外の場合は、信号を無視します。

SIGABRTとシギオット

SIGABRT シグナルは、プロセスに中止、つまり終了を指示するために送信されます。シグナルは通常、プロセス自体がC 標準ライブラリabort()の関数を呼び出すときに開始されますが、他のシグナルと同様に外部からプロセスに送信することもできます。

SIGIOT は、CPU が明示的な「トラップ」命令 (定義された関数なし) または実装されていない命令 (エミュレーションが利用できない場合) を実行したことを示します。

注: 「入力/出力トラップ」は、CPU の「トラップ」命令の誤った名称です。この用語は、主に I/O 機能を実装するためのこのような命令の初期の使用を反映していますが、本質的にはデバイス I/O に関連付けられておらず、仮想ホストと実際のホスト間の通信などの他の目的に使用されることもあります。

SIGIOT と SIGABRT は通常同じ信号であり、その信号を受信すると上記のいずれかの条件が示される場合があります。

シガルム、SIGVTALRMとシグプロフ

SIGALRM、SIGVTALRM、および SIGPROF シグナルは、対応する時間制限に達したときにプロセスに送信されます。プロセスは、alarmまたはを 呼び出してこれらの時間制限を設定しますsetitimer。SIGALRM の時間制限は、実時間またはクロック時間に基づきます。SIGVTALRM は、プロセスが使用する CPU 時間に基づきます。SIGPROF は、プロセスと、プロセスに代わってシステムによって使用される CPU 時間 (プロファイリング タイマーと呼ばれる) に基づきます。一部のシステムでは、SIGALRM は関数の実装によって内部的に使用される場合がありますsleep。

シグバス

SIGBUSシグナルは、バス エラーが発生したときにプロセスに送信されます。シグナルが送信される条件としては、たとえば、メモリ アクセスのアラインメントが正しくない場合や、物理アドレスが存在しない場合があります。

シグナル

SIGCHLDシグナルは、子プロセスが 終了、停止、または停止後に再開したときにプロセスに送信されます。このシグナルの一般的な使用法の 1 つは、システム コールを明示的に呼び出さずに、子プロセスの終了後に子プロセスによって使用されたリソースをクリーンアップするようにオペレーティング システムに指示することですwait。

シグナル継続

SIGCONTシグナルは、SIGSTOP または SIGTSTP シグナルによって一時停止されたプロセスを続行(再開) するようにオペレーティング システムに指示します。このシグナルの重要な用途の 1 つは、 Unix シェルでのジョブ制御です。

SIGFPE

SIGFPE シグナルは、浮動小数点または整数演算ハードウェアで例外的な (必ずしもエラーではない) 状態が検出されたときにプロセスに送信されます。これには、ゼロ除算、浮動小数点アンダーフローまたはオーバーフロー、整数オーバーフロー、無効な操作、または不正確な計算が含まれる場合があります。動作はハードウェアによって異なる場合があります。

SIGHUP

SIGHUPシグナルは、プロセスの制御端末が閉じられたときに送信されます。元々は、シリアル回線の切断 (ハングアップ) をプロセスに通知するために設計されました。最近のシステムでは、このシグナルは通常、制御用の疑似端末または仮想端末が閉じられたことを意味します。 ^[11]多くのデーモン(制御端末を持たないデーモン) は、このシグナルの受信を、終了する代わりに、設定ファイルを再読み込みし、ログファイルをフラッシュ/再オープンする要求として解釈します。^[12] nohupは、コマンドにシグナルを無視させるコマンドです。

シギル

SIGILL シグナルは、プロセスが不正、不正、不明、または特権命令を実行しようとしたときにプロセスに送信されます。

シギント

SIGINT信号は、ユーザーがプロセスを中断したいときに、制御端末からプロセスに送信されます。これは通常、 Ctrl+をC押すことによって開始されますが、一部のシステムでは、「削除」文字または「ブレーク」キーを使用できます。^[13]

シグナルキル

SIGKILL シグナルは、プロセスを即時に終了させる ( kill )ためにプロセスに送信されます。SIGTERM および SIGINT とは異なり、このシグナルはキャッチまたは無視できず、受信プロセスはこのシグナルを受信して​​もクリーンアップを実行できません。次の例外が適用されます。

• ゾンビ プロセスはすでに終了しており、親プロセスによって処理されるのを待っているため、終了させることはできません。
• ブロックされた状態にあるプロセスは、再び起動するまで終了しません。
• initプロセスは特別です。処理したくないシグナルは受け取らないので、SIGKILLを無視することができます。^[14]このルールの例外は、initがLinux上でptraceされている場合です。 [ 15 ^{] [16]}
• 中断されないスリープ状態のプロセスは、SIGKILL が送信されても​​終了しない (リソースを解放しない) 場合があります。これは、一時的なソフトウェアの問題を解決するために UNIX システムを再起動する必要がある数少ないケースの 1 つです。

SIGKILL は、ほとんどのシステムシャットダウン手順で、SIGTERM に応答して自発的に終了しない場合に、プロセスを終了する最後の手段として使用されます。コンピュータのシャットダウン手順を高速化するために、Mac OS X 10.6 (別名Snow Leopard ) は、自身を「クリーン」とマークしたアプリケーションに SIGKILL を送信し、おそらく悪影響なしにシャットダウン時間を短縮します。^[17]このコマンドは、killall -9Linux などで実行された場合、同様の、しかし危険な効果があります。プログラムが未保存のデータを保存できないようにします。他のオプションがあり、何もない場合は、より安全な SIGTERM 信号を使用します。

SIGPIPE の

SIGPIPE シグナルは、プロセスがパイプのもう一方の端に接続されていない状態でパイプに書き込もうとしたときに、プロセスに送信されます。

シグナルポール

SIGPOLLシグナルは、明示的に監視されているファイル記述子でイベントが発生したときに送信されます。^[18]これを使用すると、カーネルが呼び出し元の代わりに記述子をポーリングするため、非同期I/O要求を効果的に行うことができます。これは、アクティブポーリングの代替手段を提供します。

SIGRTMINからシグナルマックス

SIGRTMIN から SIGRTMAX までの信号は、ユーザー定義の目的で使用されることを意図しています。これらはリアルタイム信号です。

終了

SIGQUIT シグナルは、ユーザーがプロセスを終了してコア ダンプを実行するように要求したときに、制御端末によってプロセスに送信されます。

SIGSEGV

SIGSEGVシグナルは、プロセスが無効な仮想メモリ参照を行ったとき、またはセグメンテーション違反、つまりセグメンテーション違反を実行したときにプロセスに送信されます。^[19]

シグナルストップ

SIGSTOPシグナルは、後で再開できるようにプロセスを停止するようにオペレーティング システムに指示します。

シグシス

SIGSYS シグナルは、プロセスがシステムコールに不正な引数を渡したときに送信されます。実際には、アプリケーションがライブラリ (例: libc ) に依存して呼び出しを行うため、この種のシグナルに遭遇することはほとんどありません。SIGSYS は、制限するように設定された Linux Seccompセキュリティルールに違反するアプリケーションによって受信される可能性があります。SIGSYS は、Linux 上で Windows システムコールをエミュレートするなど、外部のシステムコールをエミュレートするためにも使用できます。^[20]

シグナルターム

SIGTERM シグナルは、プロセスの終了を要求するためにプロセスに送信されます。SIGKILL シグナルとは異なり、プロセスはこれをキャッチして解釈したり無視したりできます。これにより、プロセスはリソースを解放し、適切な場合は状態を保存して、適切な終了を実行できます。SIGINT は SIGTERM とほぼ同じです。

シグナルTP

SIGTSTPシグナルは、制御端末からプロセスに送信され、プロセスの停止を要求します( terminal st o p )。通常、ユーザーが+を押すことによって開始されます。SIGSTOP とは異なり、プロセスはシグナル ハンドラーを登録したり、シグナルを無視したりできます。CtrlZ

SIGTTINとシグトゥ

SIGTTINおよびSIGTTOUシグナルは、バックグラウンドでプロセスがttyからそれぞれ読み込みまたは書き込みを試行するときに、そのプロセスに送信されます。通常、これらのシグナルはジョブ制御下のプロセスによってのみ受信されます。デーモンには制御端末がないため、これらのシグナルを受信することはありません。

シグトラップ

SIGTRAP シグナルは、例外 (またはトラップ) が発生したときにプロセスに送信されます。例外とは、デバッガーが通知を要求した条件です。たとえば、特定の関数が実行されたときや、特定の変数の値が変わったときなどです。

シグルグ

ソケットに読み取り可能な緊急データまたは帯域外データがある場合、 SIGURGシグナルがプロセスに送信されます。

SIGUSR1とSIGUSR2

SIGUSR1 および SIGUSR2 シグナルは、ユーザー定義の条件を示すためにプロセスに送信されます。

SIGXCPU

SIGXCPU信号は、プロセスがCPUを一定の時間使い果たし、ユーザーが設定できる一定の値を超えた場合に、そのプロセスに送信されます。 ^[21] SIGXCPU信号が到着すると、受信側プロセスは、オペレーティングシステムによってSIGKILL信号を使用して終了される前に、中間結果をすばやく保存し、正常に終了する機会が得られます。

SIGGFSZ の

SIGXFSZ シグナルは、ファイルが最大許容サイズを超えて拡大したときにプロセスに送信されます。

シグウィンチ

SIGWINCHシグナルは、プロセスの制御端末のサイズが変更されたとき（ウィンドウの変更）にプロセスに送信されます。^[22]

以下のシグナルはPOSIX仕様では規定されていません。ただし、さまざまなシステムで使用されることがあります。

シゲムト

エミュレータ トラップが発生すると、SIGEMT シグナルがプロセスに送信されます。

署名情報

SIGINFO シグナルは、制御端末からステータス (情報) 要求を受信したときにプロセスに送信されます。

SIGPWR

SIGPWR 信号は、システムで電源障害が発生したときにプロセスに送信されます。

シグロスト

ファイルロックが失われたときに、SIGLOST シグナルがプロセスに送信されます。

SIGSTKFLT

SIGSTKFLTシグナルは、コプロセッサがスタックフォールト（スタックが空のときにポップしたり、スタックがいっぱいのときにプッシュしたりすること）を経験するとプロセスに送信されます。 ^[23]これはLinuxで定義されていますが、使用されていません。Linuxでは、x87コプロセッサのスタックフォールトにより、代わりにSIGFPEが生成されます。^[24]

署名済み

SIGUNUSEDシグナルは、未使用のシステムコール番号を持つシステムコールが行われたときにプロセスに送信されます。ほとんどのアーキテクチャではSIGSYSと同義です。^[23]

SIGCLD

SIGCLD信号はSIGCHLDと同義である。^[23]

• 非同期プロシージャ呼び出し(APC)
• C シグナル処理

• Stevens, W. Richard (1992)。『UNIX® 環境での高度なプログラミング』。マサチューセッツ州レディング: Addison Wesley。ISBN 0-201-56317-7。
• 「The Open Group Base Specifications Issue 7、2013年版」。The Open Group 。 2015年6月19日閲覧。

• Unix シグナル テーブル、Ali Alanjawi、ピッツバーグ大学
• Man7.org シグナルマニュアルページ
• Unix シグナル プログラミング入門 Unix シグナル プログラミング入門 ( Wayback Machineより) (2013 年 9 月 26 日アーカイブ)
• Unix シグナル プログラミングのもう一つの入門 (ブログ投稿、2009)
• UNIX と信頼性の高い POSIX シグナル (Baris Simsek 著、インターネット アーカイブに保存)
• ヘニング・ブラウアー著『シグナル・ハンドラー』